電機與電器-直流電機2課件

1、第一章 直流電機電源測速伺服直流電機一、直流發(fā)電機二、直流電動機三、直流電機的可逆性 在不同的外界條件下，一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，這在電機理論中稱為可逆原理。直流電機的結構直流電機的結構直流電機的結構1、主磁極主磁極的作用是產生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。鐵心一般用0.5mm1.5mm 厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，直流電機的結構2、換向極換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產生的換向火花，一般裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成，數目與主磁極相等。直流電機的結構3、電刷裝置電

2、刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的，如圖1.7所示。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。直流電機的結構4、電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機運行時電樞鐵心中產生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉軸或轉子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內嵌放電樞繞組。直流電機的結構5、換向器在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器

3、是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣直流電機的結構主磁極：產生恒定的氣隙磁通，由鐵心和勵磁繞組構成換向磁極：改善換向。電刷裝置：與換向器配合,完成直流與交流的互換機座和端蓋：起支撐和固定作用， 機座也是電機中磁路的一部分。定子轉子 電樞鐵心：主磁路的一部分，放置電樞繞組。電樞繞組：由帶絕緣的導線繞制而成，是電路部分。 是能量轉換的中樞。換向器：與電刷裝置配合,完成直流與交流的互換轉軸軸承直流電機的工作原理簡單模型簡介：N，S靜止磁場，產生磁通（定子主磁極）電樞繞組線圈abcd換向器固定在轉軸上且與轉軸絕緣的兩個銅質的半圓環(huán)電刷與換向片滑動接觸，是旋轉的線圈與外界靜止的電路相連接。

4、直流電機的工作原理1、直流發(fā)電機的工作原理 在圖示瞬間，導體a b 、c d 的感應電動勢方向分別由 b指向 a和由d 指向 c 。這時電刷 A呈正極性,電刷B 呈負極性。直流電機的工作原理 當線圈逆時針方向旋轉180時，這時導體c d 位于N 極下，導體a b 位于S 極下，各導體中電動勢都分別改變了方向。直流電機的工作原理 從圖看出，和電刷 A接觸的導體永遠位于 N極下，同樣，和電刷 B接觸的導體永遠位于S 極下。直流發(fā)電機電樞線圈中的感應電動勢的方向是交變的，而通過換向器和電刷的整流作用，在電刷A、B上輸出的電動勢是極性不變的直流電動勢。因此，電刷 A始終有正極性，電刷 B始終有負極性，

5、所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如果電樞上線圈數增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。 直流電機的工作原理2、直流電動機的工作原理在圖示瞬間，導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，使電樞逆時針方向轉動。直流電機的工作原理 當電樞轉了180后，導體 cd轉到 N極下，導體ab轉到S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A流入，經導體cd 、ab 后，從電刷B流出。這時導體cd 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃螅瑢wab 受力方向是從左向右，產生的

6、電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。直流電機的工作原理由此可見，加于直流電動機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動機電樞線圈中流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產生的電磁轉矩的方向恒定不變，確保直流電動機朝確定的方向連續(xù)旋轉。這就是直流電動機的基本工作原理。直流電機的工作原理一臺直流電機原則上可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，取決于外界不同的條件。將直流電源加于電刷，輸入電能，電機能將電能轉換為機械能，作電動機運行；如用原動機拖動直流電機的電樞旋轉，輸入機械能，電機能將機械能轉換為直流電能，從電刷上引出直流電動勢，作發(fā)電機運行。同一臺電機，既能作電動機運行，又能作發(fā)電機運行的原

7、理，稱為電機的可逆原理。直流電機的銘牌數據額定容量PN： 輸出功率額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓；額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流；額定轉速n： 額定狀態(tài)下的電機轉速直流發(fā)電機： PNUN IN直流電動機： PNUN IN 直流電機的繞組繞組：直流電機的線圈，實現電能與機械能的機電能量轉換的部件；為直流電機的主要電路。在電機中按一定規(guī)律連接起來，構成直流電機的電樞繞組。要求有：1，產生足夠的電動勢； 2，盡可能節(jié)省材料； 3，結構簡單，運行可靠。簡單的繞組單一線圈是不能產生足夠的電動勢或電磁轉矩，必須將多個線圈連接成繞組（稱為電樞繞組）簡單的繞組簡單的繞組簡單的繞組簡單的繞組簡單的繞組簡

8、單的繞組結論：位于對稱位置的電刷將閉合的六個線圈分為兩個并聯的支路繞組相關概念元件（線圈）：繞組中每個線圈的兩個端子各接到一個換向片上，為繞組的一個單元。 直流電機電樞繞組構成原則：將繞組通過換向片連接起來構成閉合繞組。 極軸線：磁極的中心線；幾何中性線：磁極之間的平分線，P:極對數；極距t：在電樞鐵心表面上，一個極所占的距離。可用槽數表示，t=Z/2P槽），式中Z為電樞總槽數；繞組相關概念第一節(jié)距（元件節(jié)距 y1）：同一個元件兩個元件邊之間的距離。換向節(jié)距（yc）：上層元件邊與下層元件邊所連接的兩個換向片之間的距離。以換向片數目表示。第二節(jié)距 (合成節(jié)距 y2)：連至同一個換向片的兩個元件邊

9、之間的距離。Y2=y1ycy1=Q/2p=整數 （Q為電樞的槽數，p為磁極對數）是使y1成為整數的一個分數123ycy1y2繞組相關概念基本形式有兩種： 1.單疊繞組：元件兩個端子連接于相鄰的兩個換熱片上。 2.單波繞組：把元件相隔大約兩個極距連接起來。舉例：極對數p=2，槽數Q=16，元件數S=16，換向片數K=16，即Q=S=K=16，畫繞組展開圖。解：1、計算數據：y1 =Q/2p=4， 對于疊繞組 yc=1， y2=y1yc=3 2、畫展開圖單疊繞組展開圖（1）先畫16根等長、等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫16根等長等距的虛線，代表各槽下層元件邊。（2）根據第一節(jié)距 ，畫出第一個

10、元件的上下層邊（15槽），令上層邊所在的槽號為元件號；（3）接上換向片，1、2片之間對準元件中心線，之后等分換向器，定出換向片號；單疊繞組展開圖12345678910111213141615（4）畫出第二個元件，上層邊在第2槽，與第一個元件的下層邊聯接；下層邊在第6槽與3號換向聯接。按此規(guī)律，一直把16個元件全部聯起來。（5）放磁極：磁極寬度約為均勻分布在圓周上，N極磁力 線垂直向里（進入紙面），S極向外（從紙面穿出）；（6）放電刷：對準在磁極軸線下，畫一個換向片寬（實際上K很多，電刷寬23片寬）。并把相同極性下的電刷并聯起來。實際運行時，電刷是靜止不動的，電樞在旋轉。單疊繞組展開圖單疊繞組展

11、開圖單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖單疊繞組展開圖單疊繞組的電路圖元件1被電刷A1短路，元件2、3、4的電流方向一致，構成一條支路且與換向片5相連，同理8、7、6的電流方向一致，構成另1條支路且與換向片6相連，而5、6換向片又被電刷B1短接，故2、3、4、6、7、8的電流從B1流出。構成一對支路同理其他元件構成另2條支路。故一共有4條并聯支路，兩對支路。單疊繞組的電路圖 用a表示支路對數，且有 ap (p為磁極對數）（1）元件的兩個出線端聯接于相鄰兩個換向片 上；（2）并聯支路數等于磁極數，2a=2p ； （4）每條支路由不相同的電刷引出，所以電刷不能少，電刷數等于磁極數； （5）正

12、負電刷之間引出的電動勢即為每一支路的電動勢，電樞電壓等于支路電壓；（6）由正負電刷引出的電樞電流 為各支路電流之和。單疊繞組的特點單波繞組(1)單波繞組：把元件相隔大約兩個極距連接起來。(2)元件兩出線端所連的換向片相隔較遠相串連的兩元件也相隔較遠，這樣連接起來的元件形式猶如波浪一樣向前延伸。(3)支路對數永遠等于1對比：電流較大電壓較低的電機多采用疊繞組 電壓較大電流較小的電機多采用波繞組直流電機的勵磁方式按勵磁方式的不同，直流電機可分為4種： 1、他勵直流電機 2. 并勵直流電機 3. 串勵直流電機 4. 復勵直流電機直流電機的運行特性隨著勵磁方式的不同有很大的差別。他勵串勵并勵復勵永磁材

13、料勵磁IIaIIaIfI=Ia+IfI=Ia直流電機的空載磁場直流電機的空載磁場是指電樞電流等于零(電動機不帶負載）因此，直流電機的空載磁場是指由主磁極單獨建立的磁場。絕大部分磁通經由主磁極及氣隙而通過電樞鐵心，稱為主磁通0，另一部分不與電樞繞組相交鏈，稱為漏磁通漏磁通的數量比主磁通的數量小得多，在直流電機中里，一般忽略不計。直流電機的空載磁場直流電機的負載磁場由于電樞磁動勢的出現，氣隙磁場將會發(fā)生變化。主極磁場電樞磁場合成磁場直流電機負載后，電樞繞組有電流通過，該電流建立的磁場簡稱電樞磁場，電樞磁場對主磁場的影響就稱為電樞反應。具體表現：(1)使氣隙磁場分布發(fā)生畸變；(2)去磁作用，使磁場總磁通減弱。直流電機的電樞反應直流電機的感應電勢電樞電勢：直流機正、負電刷之間的感應電勢， 即每個支路里的感應電勢。計算：求出一根導體在一個極距范圍內切割氣隙磁密的平均感應電勢，乘上一個支路里總的導體數。直流電機的感應電勢具體計算：一根導體：Bav：平均磁密；li：導體長度；v：電樞旋轉線速度n：電樞旋轉速度（r/min)：每極磁通支路電勢：Ce：電勢常數N：總導體數一臺制造好的電機， 它的電樞電勢(V)正比于每極磁通（韋伯)和轉速n（r/min), 與磁密分布無關。 對電樞電勢的認識：直流電機的感應電勢