直流永磁電機(jī)基本知識(shí)

1、直流永磁電機(jī)基本知識(shí)一.直流電機(jī)的工作原理1.直流電機(jī)的工作原理電刷換向片主磁極電刷°換向片 繞組或圈這是分析直流電機(jī)的物理模型圖。其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán) 形鐵心上的繞組。（其中2個(gè)小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢(shì)或電流的方向而設(shè)置 的）上圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁 的靜止的主磁極N和S,在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在 電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧 形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之

2、間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換 向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷B1和B2,當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通如）導(dǎo)體處處于概下】（b）導(dǎo)體處姓極卜直流電機(jī)的原理圖對(duì)上上圖所示的直流電機(jī)，如果去掉原動(dòng)機(jī)，并給兩個(gè)電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A流入，經(jīng)過(guò)線圈abcd,從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載 流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè) 轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A和換向片2接 觸，電刷B和換向片1接觸

3、，直流電流從電刷 A流入，在線圈中的流動(dòng)方向是 dcba,從電 刷B流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流電機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換 向片的作用，在線圈中流過(guò)的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。實(shí)用中的直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個(gè)線圈構(gòu)成，同樣是由多個(gè)線圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。將直流電機(jī)的工作原理歸結(jié)如下A.將直流電源通過(guò)電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流流過(guò)。B.電機(jī)內(nèi)部有磁場(chǎng)存在。C.載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力 f的作用f= Bl

4、i a （左手定則）D.所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以 n（轉(zhuǎn)/分）旋轉(zhuǎn)，以便拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。2.歸納A.所有的直流電機(jī)的電樞繞組總是自成閉路。B.電樞繞組的支路數(shù)（2a）永遠(yuǎn)是成對(duì)出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù)（2p）是一個(gè)偶數(shù).注：a支路對(duì)數(shù)p極對(duì)數(shù)C.為了得到最大的直流電勢(shì)，電刷總是與位于幾何中線上的導(dǎo)體相接觸D.每根電樞導(dǎo)體的電勢(shì)性質(zhì)是交流電，而經(jīng)電刷引出的電勢(shì)為直流電勢(shì)為什么要將電刷與q軸上的導(dǎo)體相接觸，才能得到最大的直流電勢(shì)？可由左圖解釋，設(shè)電刷 A, B分別移到A', B'位置。電刷 B'構(gòu)成的左支路或右 支路中的總電勢(shì)大小確是大大減小了。此圖中雖然兩個(gè)支路

5、的感應(yīng)電勢(shì)對(duì)稱，但對(duì)于在磁場(chǎng)外面的導(dǎo)體電勢(shì)為 0,在磁 場(chǎng)里面的兩部分導(dǎo)體形成的四個(gè)支路，其中有一部分電勢(shì)大小相同，方向相反互相抵消，故A'B'電刷間的電勢(shì)大小減小了。因此，結(jié)論是正確的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1電第，*b曲子* w11期事其子也點(diǎn)用g區(qū)2*向4電戈7耳于長(zhǎng)左耳窗1 ?77前* 5用3電用8/于良:S通網(wǎng)曾184丸克g奧神奉工14岫回獸住著感19敞米片兼。眼用10ft15息隹2b這是一臺(tái)尤奈特電機(jī)的結(jié)構(gòu)裝配圖和結(jié)構(gòu)剖面圖。旋轉(zhuǎn)電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，每一部分也都由電磁部分和機(jī)械部分組成，以便滿足電磁作用的條件。換向極用來(lái)改善換 向。電磁部分定子I機(jī)械部分旋轉(zhuǎn)電機(jī)

6、 機(jī)械部分轉(zhuǎn)子1L I電磁部分 主磁極（磁瓦） 機(jī)座（機(jī)殼和底腳） 電刷端蓋 電刷底板 電刷彈簧轉(zhuǎn)子：電樞繞組電樞鐵心換向器電機(jī)結(jié)構(gòu)部件:直流電機(jī)的定子由主磁極（永磁 電機(jī)為磁瓦）、機(jī)座（機(jī)殼）組成， 主要的功能是為直流電動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定 的磁場(chǎng)。電刷端蓋：電刷端蓋由電刷端蓋、電刷、電刷 架、刷架底板、電刷彈簧、電源線等 零件組成。主要功能是為電動(dòng)機(jī)提供 電源通路。轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，主要 由轉(zhuǎn)子鐵芯、芯軸、換向器等零件組 成，主要的作用是提供換向和旋轉(zhuǎn)的 功能。三.額定值額定值是制造廠對(duì)各種電氣設(shè)備（本文指直流電機(jī)）在指定工作條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一 些量值。在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以保證各

7、電氣設(shè)備長(zhǎng)期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額 定值也是制造廠和用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫 銘牌值。直流電機(jī)的主要額定值主要有：L額定功率Pn指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以 "W"為量綱單位。若 大于1kW或1MW時(shí)，則用kW或MW表示。 注意 對(duì)于直流發(fā)電機(jī)，Pn是指輸出的電功率，它等于額定電壓和額定電流的乘積。Pn = UnIn對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，Pn是指輸出的機(jī)械功率，所以公式中還應(yīng)有效率不存在。Pn = UnIn中 2 .額定電壓Un指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以"V"為量綱單位3 .額

8、定電流In指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，以"A"為量綱單位4 .額定轉(zhuǎn)速 nN指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以 r/min （轉(zhuǎn)/分）為量綱單位。5 .額定扭矩Tn指電機(jī)在額定狀態(tài)下的輸出扭矩，以 N- m （牛米）為量綱單位電壓基本公式 扭矩（N m） = 9.5493 X功率（瓦）+轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）四.直流電機(jī)的勵(lì)磁方式1 .定義：直流電機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁繞組的接線方式稱為勵(lì)磁方式。實(shí)質(zhì)上就是勵(lì)磁繞組和電樞繞組如何聯(lián)接，就決定了它是什么樣的勵(lì)磁方式。2 .分類：他勵(lì)式y(tǒng)r 并勵(lì)式：自勵(lì)式 用勵(lì)式復(fù)勵(lì)式3 .四種勵(lì)磁方式接線（a）他勵(lì)式若勵(lì)磁繞組不與電樞繞組聯(lián)接，

9、勵(lì)磁繞組單獨(dú)由其他電源供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)式直流電機(jī)。他勵(lì)直流電機(jī)電樞電流I a和負(fù)荷電流If相等；（b）并勵(lì)式顧名思義，勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)式直流電機(jī)。并勵(lì)式直流電機(jī)的電樞電流Ia。勵(lì)磁繞組流過(guò)的電流為If ,經(jīng)過(guò)負(fù)載或電源供給電機(jī) 的總電流為I ,三者須滿足以下關(guān)系：直流發(fā)電機(jī)：Ia=I+If直流電機(jī)：Ia =IIf（C）用勵(lì)式勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)再接通直流電源稱為申勵(lì)直流電機(jī)。由于用勵(lì)式直流電機(jī)作為發(fā)電機(jī)用時(shí)，其電壓大小隨負(fù)載變化而有較大的變化，故一般不用用勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，只作電動(dòng)機(jī)使用。用勵(lì)式直流電機(jī)廣泛應(yīng)用交通運(yùn)輸。用勵(lì)式電機(jī)：Ia =I=If（d）復(fù)勵(lì)式復(fù)勵(lì)式直流電

10、機(jī)上有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)和電樞并聯(lián)，一個(gè)和電樞串聯(lián)。復(fù)勵(lì)式直流電機(jī)的申勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)與并勵(lì)磁勢(shì)方向相同時(shí)稱為加復(fù)勵(lì)（或積復(fù) 勵(lì)）；兩者磁勢(shì)方向相反時(shí)稱為差復(fù)勵(lì)（或減復(fù)勵(lì)）；加復(fù)勵(lì)和差復(fù)勵(lì)比較，應(yīng)嚴(yán)格按要求接，實(shí)用中加復(fù)勵(lì)用得較多d該圖不計(jì)電樞齒槽影響4 .空載時(shí)直流電機(jī)的磁場(chǎng)空載時(shí)負(fù)載電流為零，此時(shí)電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)是由勵(lì)磁繞組通過(guò)電流產(chǎn)生的磁勢(shì)決定。空載時(shí)的磁場(chǎng)用函數(shù)Bo （x）表示；空載磁通密度沿轉(zhuǎn)子外圓周長(zhǎng)方向的變化情況即空載磁密 的分布波形呈平頂波?？蛰d時(shí)磁密分布波形呈平頂波的原因是：在主極直軸附近的氣隙較小，并且氣隙均勻，磁阻小， 即此位置的主磁場(chǎng)較強(qiáng)，在此位置以外，氣隙逐漸增大，主

11、群場(chǎng)也逐漸減弱，到兩極之間的幾何中線處時(shí)，磁密等于 00 磁路從氣隙1出發(fā)經(jīng)一電樞齒一電樞腕一電樞齒 2氣隙2 主磁極2定子腕一主磁極1,最后又回到氣隙1,如下圖演 示。說(shuō)明磁力線是閉合的。上面的電機(jī)空載磁路波形是理想狀態(tài)下的波形曲線，但載實(shí)際的設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中， 空載影響的因素有電機(jī)電磁氣隙的大小、主磁極（磁瓦）性能的差異、機(jī)械制造的加工精度、機(jī)械裝配間隙的合理控制、電磁中心線與幾何中心線的角度5 . 影響空在電機(jī)電流的因素上面提到過(guò)空載時(shí)負(fù)載電流為零，電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)外作功為零，在整個(gè)電機(jī)的性能上，空載參數(shù)只是一個(gè)參考的技術(shù)指標(biāo)，不屬于主要控制性能指標(biāo)。影響空載電流的因素有電機(jī)的磁鋼的性

12、能、轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙、電機(jī)工作環(huán)境、電機(jī)軸承的阻力，機(jī)械部件的加工精度、裝配間隙、空載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的反電勢(shì)五 . 電動(dòng)車電機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)在國(guó)外，休閑系列的小型電動(dòng)車風(fēng)摩一時(shí)，品質(zhì)、性能、服務(wù)是取勝市場(chǎng)的關(guān)鍵。如何保證這幾點(diǎn)，作為直接的生產(chǎn)商，必須從生產(chǎn)、采購(gòu)、銷售、管理各方面嚴(yán)格的控制。作為電動(dòng)車的三大部件之一的電機(jī)，必須注意以下幾點(diǎn)：1. 有刷電機(jī)的弱點(diǎn)就是使用壽命電刷的磨損，但是在輸出的扭力、效率、過(guò)載性能方面不比無(wú)刷電機(jī)差，關(guān)鍵是保養(yǎng)的方法。電機(jī)在使用1-2 個(gè)月后如果能清理電機(jī)電刷與換向器的磨損物，將可以提高電機(jī)是使用壽命，但是，除了專業(yè)人士以外，一般人是很難操作的。對(duì)于普通的休息系

13、列電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，電機(jī)的使用壽命不是主要的（按客戶每周三次的使用頻率，每次一小時(shí)，一年的累計(jì)時(shí)間大概160 小時(shí)，對(duì)于我們電機(jī)的壽命來(lái)說(shuō)是綽綽有余）。2. 直流永磁電機(jī)（屬于他勵(lì)電機(jī)）與其他的系列電機(jī)相比，在制造加工方面要求較高，影響的因素也多，所以必須注意：防磕碰、敲打，防潮、防高溫、防塵，在散熱良好的情況下使用。3. 直流永磁電機(jī)的勵(lì)磁方式為他勵(lì)，其勵(lì)磁磁場(chǎng)為恒定的，如果電樞的勵(lì)磁一直增大，嚴(yán)重超過(guò)主磁場(chǎng)的勵(lì)磁強(qiáng)度的話，導(dǎo)致主磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度削弱，影響整個(gè)電機(jī)的性能，所以在使用和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，電機(jī)不能嚴(yán)重長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行，正常情況下電機(jī)的過(guò)載能力為1.2-1.6倍過(guò)載，過(guò)載系數(shù)的大小根據(jù)不同的電機(jī)而定。直流永磁電機(jī)的性能按照額定參數(shù)使用，嚴(yán)禁超出太多的范圍，我們電機(jī)的規(guī)定容4.許偏差范圍為± 10% 五.電動(dòng)機(jī)與小型電動(dòng)車的聯(lián)系1 .扭矩計(jì)算公式：扭矩（Nm） = 9.5493X功率（瓦）+轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）2 .電機(jī)的額定電流電流（A） In=Pn+UN+ T N3 .車速計(jì)算公式：車速（公里/小時(shí)）=電機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 減速比X主動(dòng)輪齒數(shù)從動(dòng)輪齒數(shù)X輪徑（英寸）3X4.79X 104. 電機(jī)消耗功率的計(jì)算根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在普通的電動(dòng)車設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)的實(shí)際消耗功率為:P h=電動(dòng)車的實(shí)