《電機技術應用》課件 3.1.1 直流電機結構、原理和銘牌

直流電機結構、原理和銘牌直流電機認識直流電機低噪音12V直流電機ZQ系列直流牽引電機低速正反轉電機12V概述

作為直流電動機，主要用于廣泛調速的地方，比如電力機車、城市地鐵、城市電車等。也可以用于快速可逆電力拖動系統(tǒng)，比如卷揚機、軋鋼機等。

作為直流發(fā)電機，既可以作為獨立的直流電源，也可以作為發(fā)電機－電動機拖動系統(tǒng)。直流電機是一種將直流電能和機械能相互轉化的旋轉電機，同一臺直流電機既可作為直流電動機運行，又可作直流發(fā)電機運行。直流電能機械能（直流電動機）機械能直流電能（直流發(fā)電機）優(yōu)點和缺點1.優(yōu)點：（1）直流發(fā)電機的電勢波形較好，電磁干擾較小。（2）直流電動機的調速性能好，主要表現(xiàn)在調速范圍廣、調速方便、調速平滑。（3）直流電動機的過載能力較強，起動和制動轉矩較大，起動性能好。2.缺點：存在換向器，其制造、維護復雜，價格較高。結構比較復雜，運行時可能產(chǎn)生環(huán)火。12V-24V直流電機可用于機器人、小車3052無刷直流電機、usb風扇、玩具電器專用直流電機變頻器主要結構2.轉子部分電樞鐵心電樞繞組換向器轉軸軸承主磁極換向磁極電刷裝置機座端蓋

1.定子部分風葉磁極電刷換向器電樞繞組繞組端部轉軸換向片電樞轉子壓緊環(huán)結構示意圖主要結構（1）主磁極

作用：建立主磁場。

構成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組。

（2）機座

作用：①主磁路的一部分；②電機的結構框架，主要起支撐和防護作用。

構成：用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。

（3）換向極

作用：改善換向。

構成：由鐵心和繞組組成。直流電動機的磁極和磁路主要結構（4）電刷裝置

作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。

構成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。（5）端蓋

作用：起支撐、保護作用。（6）電樞鐵心

作用：①主磁路的一部分；②電樞繞組的支撐部件。構成：一般用厚0.5㎜且沖有齒、槽的DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成。主要結構（8）換向器

作用：整流（發(fā)電機）或逆變（電動機）

構成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個圓筒片間用V形云母絕緣，兩端再用兩個形環(huán)夾緊而構成。（7）電樞繞組

作用：直流電機的電路部分。

構成：用絕緣的圓形或矩形截面的導線繞成，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。直流發(fā)電機工作原理N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉導磁圓柱體上的線圈，線圈連同導磁圓柱體稱為電機的轉子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉的換向片上。轉子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉至ωt=00時，導體ab在N極下，a點低電位，b點高電位；導體cd在S極下，c點低電位，d點高電位；電刷A極性為正，電刷B極性為負。當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉ωt=1800時，導體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導體cd在N極下，c點低電位，d點高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負?？梢?，和電刷A接觸的導體總是位于N極下，和電刷B接觸的導體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。直流發(fā)電機工作原理直流發(fā)電機工作原理由于旋轉電刷和靜止換向器的作用，eAB為脈動的直流電動勢。可以通過增加導體減小感應電動勢脈動?？梢宰C明每極下導體數(shù)大于8時，脈動可小于1%。直流發(fā)電機工作原理①電樞線圈內電勢、電流方向是交流電。②電刷間為直流電勢，線圈中感應電勢與電流方向一致。③從空間看，電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的磁場。④產(chǎn)生的電磁轉矩T與轉子轉向相反，是制動性質。結論

把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過。

當線圈旋轉到右圖所示位置時，在磁場作用下，N極性下通電導體ab受力方向從右向左，S極下通電導體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩。當電磁轉矩大于阻轉矩時，電機轉子逆時針方向旋轉。直流電動機是將電能轉變成機械能的旋轉機械。直流電動機工作原理

當電樞旋轉到左圖所示位置時，原N極性下導體ab轉到S極下，受力方向從左向右，原S極下導體cd轉到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉。同直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。直流電動機工作原理直流電動機運行的關鍵：使電樞受到一個方向不變的電磁轉矩，即當線圈邊在不同極性的磁極下時受到的電磁轉矩方向不變。換向器配合電刷可保證每個磁極下線圈邊中電流始終是一個方向，即電樞受到的電磁轉矩的方向始終不變。直流電動機工作原理①外施電壓、電流是直流，電樞線圈內電流是交流。直流電機換向器將外部的直流電變成了內部交替變化的電流。②線圈中感應電勢與電流方向相反。③線圈是旋轉的，電樞電流是交變的，電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的。④產(chǎn)生的電磁轉矩Tem與轉子轉向相同，是驅動性質。結論銘牌數(shù)據(jù)

額定值是制造廠對各種電氣設備在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證各電氣設備長期可靠地工作。額定值通常標在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。⒈額定功率

PN

指電機在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運行時，電機的輸出功率，以“W”為量綱單位。若大于1kW或1MW

時,則用kW

或MW表示。直流發(fā)電機：PN指輸出的電功率，等于額定電壓和額定電流的乘積。PN＝UNIN直流電動機：PN指輸出的機械功率，PN＝UNINηN銘牌數(shù)據(jù)⒌額定勵磁電流

If

指電機在額定狀態(tài)時的勵磁電流值。

⒉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。

⒊額定電流

IN

指電機在額定電壓、額定功率時的電樞電流值，以“A”為量綱單位。

⒋額定轉速

nN

指額定狀態(tài)下運行時轉子的轉速，以r/min為量綱單位。6.額定溫升

指電機允許高出環(huán)境溫度的最高允許值，它表示了電機允許發(fā)熱的限度。

銘牌數(shù)據(jù)第一部分用大寫的拼音表示產(chǎn)品代號第二部分用阿拉伯數(shù)字表示設計序號第三部分用阿拉伯數(shù)字表示機座代號第四部分用阿拉伯數(shù)字表示電樞鐵心長度代號Z2—92Z表示一般用途直流電機；2表示設計序號，第二次改型設計；9表示機座代號；2電樞鐵心長度代號。直流電機主要系列1、試敘述直流發(fā)電機的工作原理。答：直流發(fā)電機在原動機的拖動下旋轉，電樞上的導體切割磁力線產(chǎn)生交變電動勢，再通過換向器的整流作用，在電刷間獲得直流電壓輸出，從而實現(xiàn)了將機械能轉換成直流電能的目的。2、試述直流電動機的工作原理。答：直流電動機在外加電壓的作用下，在導體中形成電流，載流導體在磁場中將受電磁力的作用，由于換向器的換向作用，導體進異性磁極時，導體中的電流方向也相應改變，從而保證了電磁轉矩的方向不變，使直流電機能連續(xù)旋轉，把直流電能轉換成機械能輸出。思考與練習

思考與練習4、試述直流電機的結構組成。答：直流電機由兩大部分組成：定子和電樞。定子由機座、主磁極、換向磁極、端蓋和軸承等組成。轉子由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風扇和軸組成。思考與練習3、小型直流電動機多為兩極電動機，一般在結構上只用一個換向極，問能否良好運行，為什么?答：能良好運行，因為一個換向磁極，可以產(chǎn)生兩個磁極；另外因為小型直流電動機的容量較小，用只用一個換向極產(chǎn)生的兩個磁極，足可以保障換向要求。5、換向器與電刷的作用是什么？答：直流電機內部元件流的是交流；所以直流電動機電刷把外部供給的直流電引到換向器上，通過換向器上換向片的旋轉，轉換到元