直流電機的工作原理

1、科目：科目：電機及拖動電機及拖動定子定子電樞電樞電源電源勵磁機勵磁機測速測速伺服伺服 Z2系列直流電動機系列直流電動機外形外形 Z4系列直流電動機系列直流電動機外形外形主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成直流電機直流電機定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子機座機座換向極換向極主磁極主磁極電刷裝置電刷裝置電樞鐵心電樞鐵心軸承軸承換向器換向器風(fēng)扇風(fēng)扇 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸電樞繞組電樞繞組主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成機座機座換向極換向極主磁極主磁極電刷裝置電刷裝置電樞鐵心電樞鐵心軸承軸承換向器換向器風(fēng)扇風(fēng)扇 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸電樞繞組電樞繞組對電樞繞組的要求：對電樞繞組的要求： 在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生

2、在通過規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩足夠的電勢和電磁轉(zhuǎn)矩前提下，所消耗的有效材料最省，前提下，所消耗的有效材料最省， 強度高（機械、強度高（機械、電氣、熱），電氣、熱）， 運轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡單等。運轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡單等。 電樞繞組電樞繞組: : 直流電機的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一直流電機的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一, , 是是直流電機的電路部分，亦是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。直流電機的電路部分，亦是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。環(huán)形繞組環(huán)形繞組鼓形繞組鼓形繞組疊繞組疊繞組波繞組波繞組y=yy=y1 1-y-y2 2元件：元件：第一節(jié)距第一節(jié)距y1極距：極距：鐵心表面，鐵心表面， 一個極所占的距離一個極所占

3、的距離第二節(jié)距第二節(jié)距y2合成節(jié)距合成節(jié)距y：換向器節(jié)距換向器節(jié)距yk：極軸線：極軸線：磁極中心線磁極中心線幾何中心線：幾何中心線：磁極之間的平分線磁極之間的平分線一、一、 單疊繞組：單疊繞組：疊：疊： 兩個相鄰聯(lián)接的元件，兩個相鄰聯(lián)接的元件， 后一元后一元件的端部緊迭在前一元件的端部。件的端部緊迭在前一元件的端部。單：單： 首末端相聯(lián)的兩換向片相隔首末端相聯(lián)的兩換向片相隔一個換向片的寬度。一個換向片的寬度。特點：特點： 槽數(shù)槽數(shù)Z、元件數(shù)、元件數(shù)S和換向片數(shù)和換向片數(shù)K三者相同三者相同y=yy=yk k=1=11、 數(shù)據(jù)計算：數(shù)據(jù)計算：yyk1計算數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)y和和y1畫繞組展開圖畫繞組展開

4、圖安放電刷和磁極安放電刷和磁極實例：實例： p2， ZSK164221621 pZy 1123456789101112131416152345678910111213141615槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷NSNS+1123456789101112131416152345678910111213141615NSNS+ 磁極：磁極：磁極寬度約磁極寬度約0.7 , 0.7 , 均勻分布，均勻分布，N N、S S極交替極交替安排。安排。 電刷：電刷：聯(lián)接內(nèi)、外電路。為了在正負電刷間獲得最聯(lián)接內(nèi)、外電路。為了在正負電刷間獲得最大直流電勢以及產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，大直流電勢以及

5、產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩， 電刷放電刷放 在被電在被電刷短路的元件電勢為零的位置。刷短路的元件電勢為零的位置。 電勢為零的元件：電勢為零的元件：在一個主極下的元件邊電勢具有相在一個主極下的元件邊電勢具有相同的方向。同的方向。 在磁極的幾何中心線上電勢為零。在磁極的幾何中心線上電勢為零。繞電樞一周，繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。結(jié)合電刷的放置，結(jié)合電刷的放置， 得到該瞬時的電路圖得到該瞬時的電路圖 每個極下的元件每個極下的元件組成一條支路。組成一條支路。 即單疊繞組的并聯(lián)即單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電支路數(shù)正好等于電機的極數(shù)。機的極數(shù)。 這是單疊繞組的

6、重要特點之一。這是單疊繞組的重要特點之一。 aaaiI2波繞組：波繞組：首末端所接的兩換首末端所接的兩換向片相隔很遠，向片相隔很遠， 兩個元件緊兩個元件緊相串聯(lián)后形似波浪。相串聯(lián)后形似波浪。為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢同向相加，為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢同向相加， 元件邊應(yīng)處元件邊應(yīng)處于相同磁極極性下，于相同磁極極性下， 即合成節(jié)距即合成節(jié)距 2,2 yy單波繞組：單波繞組： 換向片極距換向片極距yk必須符合必須符合 即即 1 kyPkCPkyk 1為了使繞組從某一換向片出發(fā)，為了使繞組從某一換向片出發(fā)， 沿電樞鐵心一周后回到沿電樞鐵心一周后回到原來出發(fā)點相鄰的一片上，原來出發(fā)點相鄰的一

7、片上， 則可由此再繞下去。則可由此再繞下去。 計算數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)y和和y1畫繞組展開圖畫繞組展開圖安放電刷和磁極安放電刷和磁極1、繞組數(shù)據(jù)計算、繞組數(shù)據(jù)計算34341521 pzy721151 pKyyk43712 yyy元件、換向片的放置：元件、換向片的放置： 1 1元件上層邊元件上層邊1 1槽，槽， 下層邊下層邊4 4槽；首末槽；首末端所聯(lián)的換向片相距端所聯(lián)的換向片相距y yk k7 7； 為了端部對稱，為了端部對稱， 首末端所聯(lián)的兩換向片之首末端所聯(lián)的兩換向片之間的中心線與間的中心線與1 1元件的軸線重合。元件的軸線重合。 1 1元件上元件上層邊所聯(lián)的換向片定為層邊所聯(lián)的換向片定為1 1。

8、 依次聯(lián)接依次聯(lián)接。 磁極放置：磁極放置： N N、S S極磁極均勻交替的排列。極磁極均勻交替的排列。電刷的放置：電刷的放置：放在與主極軸線對準(zhǔn)的換向片上。放在與主極軸線對準(zhǔn)的換向片上。 3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512NSSN槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷 從繞組展開圖可以看出，從繞組展開圖可以看出， 全部全部15個元件串聯(lián)個元件串聯(lián)而構(gòu)成一個閉合回路的順序是：而構(gòu)成一個閉合回路的順序是：18 15 7 14 6 13 5 124 11 3 10 291用聯(lián)接順序圖表示為：用聯(lián)接順序圖表示為：1815 71

9、4 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊上層邊下層邊下層邊 單波繞組把單波繞組把相同極性下相同極性下的全部元件串聯(lián)起來組成一的全部元件串聯(lián)起來組成一條支路。條支路。 由于磁極只有由于磁極只有N、S之分，之分， 所以單波繞組的所以單波繞組的支路對數(shù)支路對數(shù)a與極對數(shù)多少無關(guān)，與極對數(shù)多少無關(guān)， 永遠為永遠為1，即，即a1。 714613151031142512891125415189 同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路，同極性下各元件串聯(lián)起來組成一條支路， 支路對數(shù)支路對數(shù)a1， 與磁極對數(shù)與磁極對數(shù)p無關(guān)。無關(guān)。 當(dāng)元件

10、的幾何尺寸對稱時，當(dāng)元件的幾何尺寸對稱時， 電刷在換向器電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線， 支路電動勢支路電動勢最大。最大。 電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）。電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）。 電樞電流電樞電流 Ia2ia 。 單疊繞組：單疊繞組：先串聯(lián)所有上元件邊在同一極下的元件，先串聯(lián)所有上元件邊在同一極下的元件， 形成一條支路。形成一條支路。 每增加一對主極就增加一對支路。每增加一對主極就增加一對支路。 2a2p。 疊繞組并聯(lián)的支路數(shù)多，疊繞組并聯(lián)的支路數(shù)多， 每條支路中串聯(lián)元件數(shù)每條支路中串聯(lián)元件數(shù)少，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機。少，適應(yīng)于較大電流、較低電壓的電機。 單波繞組：單波繞組：把全部上元件邊在相同極性下的元件把全部上元件邊在相同