汽車電工電子技術課件 任務1直流電動機

5.1直流電動機演講人5.1.1直流電動機概述1.直流電動機概念直流電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，通過電刷給轉(zhuǎn)子供電。當電動機開啟后，轉(zhuǎn)子線圈中有電流流過，通電導體在磁場中受到安培力的作用開始旋轉(zhuǎn)。為了讓線圈一直往一個方向旋轉(zhuǎn)，則需要通過換向器更改轉(zhuǎn)子內(nèi)磁場的極性，使轉(zhuǎn)子一直受同向的安培力。在實際應用中，會通過增加極數(shù)的方式，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動更加平穩(wěn)。5.1.1直流電動機概述2.直流電機的分類直流電動機按照結(jié)構(gòu)和工作原理會進行不同的分類，如下圖5.1所示。圖5.1直流電動機分類5.1.1直流電動機概述3.直流電機結(jié)構(gòu)直流電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。直流電動機運轉(zhuǎn)時，靜止不動的部分稱為定子，其主要作用是產(chǎn)生磁場。而運動時旋轉(zhuǎn)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢，如下圖5.2所示。圖5.2直流電動機結(jié)構(gòu)5.1.1直流電動機概述（1）定子定子主要由主磁極、換向極、電刷和基座等構(gòu)成。其主要作用是產(chǎn)生磁場和進行機械固定。如圖5.3所示。1）機座：機座一般由導磁性能良好的鑄鋼件或鋼板焊接而成。一方面能夠起導磁作用，另一方面起安裝支撐作用。2）主磁極：定子主磁極的作用是產(chǎn)生主磁場。所以，主磁極既可以是永磁體也可以是電磁鐵。當主磁極為電磁鐵時，主要由主磁極鐵芯和勵磁繞組兩部分構(gòu)成。其中，主磁極鐵芯一般采用的是1-1.5mm厚的薄鋼板材料。圖5.3直流電機定子結(jié)構(gòu)換向極繞組定子機座換向極鐵心主磁極鐵心主磁極繞組心接線盒圖5.3直流電機定子結(jié)構(gòu)5.1.1直流電動機概述3）換向磁極：換向極是位于兩個主磁極之間的小磁極，又被稱為附加極。其主要作用是產(chǎn)生換向磁場，改善電機的換向，減少電機運行時電刷下產(chǎn)生的火花。換向極由換向磁極鐵芯和換向磁極繞組構(gòu)成。4）電刷：電刷的作用是通過電刷與換向器的滑動接觸，把電樞繞組中的電動勢引到外部電路，或者把外部電路的電壓、電流引到電樞繞組中。電刷放在電刷盒內(nèi)，用彈簧壓緊在換向器上，電刷上的銅絲辮，用于引出、引入電流。（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子也稱為電樞，它是產(chǎn)生感應電動勢、電流、電磁轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件。主要由電樞鐵芯、電樞繞組及換向器等組成，如圖5.4所示。圖5.4直流電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)5.1.1直流電動機概述1）電樞鐵芯：是承受電磁力作用的部件，也是電機磁路的一部分。電樞鐵芯上的凹槽是用來存放電樞繞組的。電樞鐵芯一般用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，這樣可以減少在電樞鐵芯上產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。2）轉(zhuǎn)軸：是用來傳遞轉(zhuǎn)矩的，為了使電機運行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)軸一般采用合金鋼鍛壓加工。3）電樞繞組：其作用是通過電流產(chǎn)生感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。首先，電樞繞組之間以及電樞繞組和電樞鐵心之間都要做好絕緣處理，然后再把電樞繞組按照一定規(guī)律放置在電樞鐵芯上的嵌線槽內(nèi)。注意，槽口處需要將電樞繞組壓緊，以免離心力過大，將電樞繞組甩出槽外。4）換向器：換向器由許多的換向片組成，換向片之間用云母絕緣片使之相互絕緣。在直流電動機中換向器與電刷滑動接觸，使轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連，實現(xiàn)電樞繞組中的電流換向。在電動機中，換向器是將外加的直流電轉(zhuǎn)換成電樞繞組內(nèi)的交變電流；在發(fā)電機中，換向器是將繞組內(nèi)的交變電動勢變換成電刷兩端的直流電動勢。5.1.2直流電動機工作原理從圖5.5中，我們可以看到線圈和換向片相互連接，換向片則固定在轉(zhuǎn)軸上，隨電機軸一起旋轉(zhuǎn)，電刷在空間上固定不動且與換向片接觸。當在電機的兩電刷端加上直流電壓，由電刷和換向器將電能引入電樞線圈中，那么通電的線圈在磁場中將受到安培力的作用開始轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。之后，在換向器的作用下，使在同一個極（N極或者S極）下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而保證了該極下線圈邊所受的電磁力方向不變。這樣，線圈在磁場中將一直受到同方向的力，使電動機連續(xù)地旋轉(zhuǎn)起來，從而現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成機械能，這就是直流電動機的工作原理。5.1.2直流電動機工作原理圖5.5

直流電機工作原理5.1.2直流電動機工作原理安培力是通電導線在磁場中受到的作用力，安培力的方向用左手定則來判斷。左手定則：伸出左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)。把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入掌心，四指指向電流的方向。那么，大拇指所指的就是通電導體在磁場中所受到的安培力方向。如下圖5.6所示，可以看到，在安培力的作用下，線圈一直逆時針方向轉(zhuǎn)動。圖5.6

線圈受安培力方向5.1.2直流電動機工作原理根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關系，勵磁式的直流電機又可細分為他勵、并勵、串勵和復勵，如下圖5.7所示。（1）他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。（2）并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。（3）串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。（4）復勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并接在同一電源上。圖5.7勵磁繞組和轉(zhuǎn)子連接方式5.1.3直流電動機性能特點及其應用直流電動機結(jié)構(gòu)簡單，具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性。調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車。像東京大學UOT電動汽車、馬自達公司BANGO電動汽車、意大利菲亞特公司900E/E2電動汽車、我國的陸駿電動汽車等，以前都運用過直流電動機。但直流電機的機械換向結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生火花，其換