直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu).ppt

1、直流電機,本章主要介紹直流電機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，討論直流電機的磁場分布，感應電動勢的產(chǎn)生條件及性質(zhì)，電磁轉(zhuǎn)矩，電樞反應及其對電機的影響，電機的換向及改善換向的方法并從應用的角度分析直流電動機的勵磁方式和工作特性。并用案例的形式介紹了直流電動機典型故障的分析處理。,直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu),1.1 直流電機的基本工作原理與結(jié)構(gòu) 1.1.1 直流電機的基本工作原理 直流電機分為直流電動機和直流發(fā)電機兩大類，其工作原理可通過直流電機的簡化模型進行說明。,直流發(fā)電機的工作原理,N, S為固定磁極，abcd是轉(zhuǎn)子線圈，首端a，末端d連接到換向片上。電刷將轉(zhuǎn)子線圈與外部聯(lián)系。定、轉(zhuǎn)子間有氣隙。,圖

2、1.1 直流發(fā)電機模型,直流發(fā)電機的工作原理,外力拖動轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)電磁感應定律，在線圈abcd中將產(chǎn)生感應電動勢，大小應為： （1-1）,式中Bx為導體所在處的磁通密度，；L為導體ab或cd的有效長度，v為導體ab或cd與Bx間的相對線速度，；e為導體感應電動勢。,直流發(fā)電機的工作原理,感應電動勢方向：右手定則確定。 （a）圖a點高電位，b點低電位；c點高電位，d點低電位，電刷A為正，電刷B為負。 （b）圖為a點低電位，b點高電位；c點低電位，d點高電位。此時導體中的感應電動勢方向已改變，但由于電刷位置沒變，因此電刷A的極性仍為正，電刷B的極性仍為負。 即：導體中感應電動勢方向是交流

3、的，而電刷兩端可獲得直流電動勢輸出。,2.直流電動機的工作原理,將電刷接到直流電源上，A正B負，在線圈中有電流流過。如圖1.2（a），設(shè)線圈的ab邊位于N極下，cd邊位于S極下，則導體每邊所受電磁力的大小為 （1-2） 式中Bx為導體所在處的磁通密度；L為導體有效長度；I為導體中流過的電流；f為電磁力。,圖1.2 直流電動機的模型,直流電動機的工作原理,導體受力方向確定：左手定則。 （a）中位于N極下的導體ab受力方向為從右向左，而位于S極下的導體cd受力方向為從左向右，產(chǎn)生逆時針方向轉(zhuǎn)矩。 （b）中cd轉(zhuǎn)到N極下，其受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃螅籥b轉(zhuǎn)到S極下，受力方向變?yōu)閺淖笙蛴遥撧D(zhuǎn)矩的方向仍為

4、逆時針方向。 導體中流通的電流為交變的，而轉(zhuǎn)矩受力的方向并未發(fā)生變化，電動機在此方向不變的轉(zhuǎn)矩作用先轉(zhuǎn)動方向不變。,1.1.2 直流電機的基本結(jié)構(gòu),直流電機由定子（固定不動）與轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)）兩大部分組成，定子與轉(zhuǎn)子之間有空隙,稱為氣隙。 定子部分包括機座、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置；轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風扇等部件。 下面介紹直流電機主要部件的作用與基本結(jié)構(gòu)，如圖1.3所示。,1風扇；2機座；3電樞；4主磁極；5刷架；6換向器；7接線板； 8出線盒；9換向極；10端蓋,圖1.3直流電動機的結(jié)構(gòu)圖,直流電機的基本結(jié)構(gòu),1定子部分 （1）機座 作用：固定主磁極、換向極、

5、端蓋等，是電機磁路的一部分（稱為磁軛）。 材料：鑄鋼焊接，具有良好的導磁性能和機械強度。 （2）主磁極 作用：產(chǎn)生氣隙磁場。 組成：主磁極鐵心：極靴做成圓弧形，使氣隙磁通均勻。極身上套有產(chǎn)生磁通的勵磁繞組。 材料：鐵心由1.01.5mm厚的低碳鋼板沖片疊壓而成。,1固定主磁極的螺釘； 2主磁極鐵心；3勵磁繞組,圖1.4 直流電機的主磁極,直流電機的基本結(jié)構(gòu),（3）換向極 作用：改善換向。 組成：鐵心、繞組。 材料：鐵心用整塊鋼制成，如要求較高，則用1.01.5mm厚的鋼板疊壓而成；繞組用粗銅線繞制，流過的是電樞電流。 安裝位置：在相鄰兩主極之間。,圖1.5 直流電機的換向極,1換向極鐵心；2換

6、向極繞組,直流電機的基本結(jié)構(gòu),（4）電刷裝置 作用：連接；交流、直流變換。 組成：電刷、刷握、刷桿、刷桿架、彈簧、銅辮構(gòu)成，如圖1.6所示。電刷組的個數(shù)，一般等于主磁極的個數(shù)。,圖1.6 直流電機的電刷裝置,1電刷；2刷握； 3彈簧壓板； 4座圈；5刷桿,2轉(zhuǎn)子部分,（1）電樞鐵心 作用：磁路的一部分。 結(jié)構(gòu)：用0.5mm厚、兩邊涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成。其外圓周開槽，用來嵌放電樞繞組。,圖1.7 電樞鐵心,轉(zhuǎn)子部分,（2）電樞繞組 作用：產(chǎn)生感應電動勢、通過電樞電流，它是電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。 組成：絕緣導線繞成的線圈（或稱元件），按一定規(guī)律連接而成。,2轉(zhuǎn)子部分,（3）換向器

7、作用：繞組中電流換向。 組成：多個壓在一起的梯形銅片構(gòu)成的一個圓筒，片與片之間用一層薄云母絕緣，電樞繞組各元件的始端和末端與換向片按一定規(guī)律連接。換向器與轉(zhuǎn)軸固定在一起。,圖1.8 換向器,1.1.3 直流電機的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列,1直流電機的銘牌數(shù)據(jù) 什么是銘牌數(shù)據(jù)：凡表征電機額定運行情況的各種數(shù)據(jù)，稱為額定值，也稱為銘牌數(shù)據(jù)。 銘牌數(shù)據(jù)的意義：銘牌數(shù)據(jù)規(guī)定了電機的正常運行狀態(tài)和條件，是正確合理選擇、使用電機的依據(jù)。,直流電機的額定值,（1）額定功率：是發(fā)熱限制的最大輸出功率，對發(fā)電機系指出線端輸出的電功率。對電動機系指轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。單位為W或kW。 （2）額定電壓：是指絕緣不被損壞的最高工作電壓。單位為V。 （3）額定電流：是指電機在額定電壓下，運行于額定功率時的電流值。 （4）額定轉(zhuǎn)速：是指對應于額定電壓、額定電流、電機運行于額定功率時所對應的轉(zhuǎn)速。單位為rmin。,電動機的合理運行,實際運行參數(shù)：由負載大小來決定。 超過額定值運行：降低使用壽命，甚至損壞電機，一般不允許電機超過額定值運行。 過分低于額定值運行：能力沒有得到充分利用，效率降低，不經(jīng)濟。 所以應根據(jù)負載情況合理選用電機，使電機接近于額定運行情況運行，才是經(jīng)濟合理的。,2直流電機系列,Z3系列：為一般用途的小型直流電機系列?！癦”表示直流，“3”表示第