第6章 直流電機(jī)的用途、基本工作原理和結(jié)構(gòu).ppt

1、第六章 直流電機(jī)的用途、基本工作原理與結(jié)構(gòu),6-1 直流電機(jī)及其用途,勵(lì)磁機(jī),測速,伺服,直流電機(jī)的用途,直流電機(jī)的用途,直流電機(jī)分為電動機(jī)和發(fā)電機(jī)。,直流發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能； 直流電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。,直流發(fā)電機(jī)主要做直流電源用； 直流電動機(jī)廣泛應(yīng)用于電力機(jī)車、重型機(jī)械及軋鋼機(jī)等動力裝置中。,直流電機(jī)的特點(diǎn),直流發(fā)電機(jī)的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。 直流電動機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。 直流電動機(jī)過載能力較強(qiáng)，啟動和制動轉(zhuǎn)矩較大。 調(diào)速時(shí)的能量損耗較小。 易于控制，可靠性高。 換向困難，使直流電機(jī)容量受到限制。,6-2 直流電機(jī)的基本工作原理,1、直流電動勢的產(chǎn)生,電磁

2、感應(yīng)定律： e =Blv,滿足右手定則,eBA 為隨時(shí)間正負(fù)交變的電動勢,結(jié)論：,1、直流電動勢的產(chǎn)生,結(jié)論：由于靜止電刷和旋轉(zhuǎn)換向器的作用， eBA為脈動的直流電動勢。,2、平均電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生,電磁力定律：f = Bil,滿足左手定則,以單線圈簡化模型為例，進(jìn)行分析。,顯然，在電刷間接入直流電源后，在線圈中就有直流電流流過。,2、平均電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生,2、平均電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生,直流電機(jī)換向器將外部的直流電變成了內(nèi)部交替變化的電流。,圖中電刷相對于磁極的位置保證不變，無論線圈邊處在N極下，還是S極下，線圈電流均產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁力矩，從而使轉(zhuǎn)子獲得了一個(gè)固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。,直流電機(jī)的物理模型,

3、電勢正方向：abcd B+,A-,直流發(fā)電機(jī)的工作原理,（1） 換流過程,無感應(yīng)電勢,電勢正方向：dcba B+,A-,線圈也要產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)子方向（拖動轉(zhuǎn)矩）相反。,（2）直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的幾點(diǎn)結(jié)論,電樞線圈內(nèi)電勢、電流方向是交流電； 電刷間為直流電勢。線圈中感應(yīng)電勢與電流方向一致； 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； 產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，是制動性質(zhì)；,直流電動機(jī)的工作原理,（1）換流過程,電流正方向：dcba 轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針 電勢方向：abcd,電流正方向：dcba 轉(zhuǎn)矩方向： 電勢方向：,電流正方向：abcd 轉(zhuǎn)矩方向：順時(shí)針 電勢方向：dcba,（

4、2）直流電動機(jī)運(yùn)行時(shí)的幾點(diǎn)結(jié)論,外施電壓、電流是直流， 電樞線圈內(nèi)電流是交流； 線圈中感應(yīng)電勢與電流方向相反； 線圈是旋轉(zhuǎn)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； 產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，是驅(qū)動性質(zhì)；,直流電機(jī)的可逆原理,同一臺直流電機(jī)，通過改變外界條件， 可當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行。,6-3 直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu),定子和轉(zhuǎn)子,1、定子部分,定子通常指磁路中靜止部分及其機(jī)械支撐，包括機(jī)座、磁軛、主磁極、換向極等。,一、機(jī)座和磁軛：固定主極及端蓋，也作為磁軛構(gòu)成一部分磁路（定子磁軛）。由鑄鋼或鋼板焊接而成，使具有良好的導(dǎo)磁性能和機(jī)械性能。,二、主磁極,主磁極作用

5、：產(chǎn)生氣隙磁場，并使電樞表面的氣隙磁通密度B按方波沿空間分布。,1、定子部分,極靴作用： 卡住勵(lì)磁繞組； 使主磁通在氣隙中分布合理。,主磁極結(jié)構(gòu),主磁極疊片,思考： 主磁極為何用沖片疊裝？ 極靴有何作用？,1、定子部分,有極靴氣隙磁通分布合理,無極靴氣隙磁通分布不合理, 主磁極鐵心：主磁通交變產(chǎn)生鐵耗，為減少鐵耗，采用疊片結(jié)構(gòu)。鐵芯用0.51.5mm的鋼板沖片疊壓緊，然后再套上勵(lì)磁繞組。,1、定子部分,1、定子部分,1、磁極表面對應(yīng)電樞齒槽，齒槽單復(fù)數(shù)不同，磁極表面對應(yīng)槽時(shí)氣隙大，磁通??； 磁極對應(yīng)齒時(shí)氣隙小 ，磁通大。電樞移動時(shí)，脈振，產(chǎn)生少許鐵耗。,磁通交變的原因：,2、電樞旋轉(zhuǎn)經(jīng)過N、S

6、極，如右圖所示，電樞中有交變磁通。,1、定子部分,繞制好的勵(lì)磁繞組套在鐵芯外, 勵(lì)磁繞組 可用圓截面或矩形截面的絕緣導(dǎo)線繞在繞組框架上，經(jīng)浸膠（漆）及烘干后一起套入主磁極鐵芯。各主極上的勵(lì)磁繞組彼此間用串聯(lián)方式連接，保證各磁極電流相等。線圈繞向不同，使磁極N、S交替。,1、定子部分,換向極作用：幫助換向。,三、換向極,換向極形狀比較簡單，常用厚鋼板略加刨削而成，但在要求高的場合也要求用鋼片疊裝而成。,換向極上裝有換向極繞組，一般由粗的扁銅線繞成，總是與電樞繞組串聯(lián)的。,1、定子部分,電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座（搖環(huán)）組成。 電刷（石墨）放在刷握上的刷盒內(nèi)，用彈簧將它壓緊在換向器上，而刷

7、握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上（不止一個(gè)電刷），必須絕緣。 刷桿座可轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)好與換向器的對應(yīng)接觸位置后，固定在端蓋或機(jī)座上。 銅絲辮是外部電源與電刷的連接線。,四 、電刷裝置,1、定子部分,2、轉(zhuǎn)子部分,一、電樞鐵心,轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸和軸承。,電樞鐵芯固定在轉(zhuǎn)子支架上或直接固定在轉(zhuǎn)軸上，提供主極下磁通的通路。,由電樞鐵心和主磁場間的相對運(yùn)動，導(dǎo)致鐵耗，通常由0.5mm厚的電工硅鋼片沖疊，每張沖片有嵌放繞組的槽。,2、轉(zhuǎn)子部分,2、轉(zhuǎn)子部分,二、電樞繞組,電樞繞組是由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成。它是直流電機(jī)的主要電路部分。,電動機(jī)通電流產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)

8、感應(yīng)產(chǎn)生電動勢都在電樞繞組中，它是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。,電樞繞組實(shí)物圖,2、轉(zhuǎn)子部分,電樞槽橫截面,線圈伸出槽外的端接部分，用非磁性鋼絲或玻璃絲帶緊，防止離心力將繞組甩出槽內(nèi)。,槽楔把繞組壓緊在槽內(nèi)，防止離心力將繞組甩出槽內(nèi)。,2、轉(zhuǎn)子部分,三、換向器,換向器與電樞首尾相連，隨軸轉(zhuǎn)動。換向器由換向片組成，電樞中每個(gè)線圈兩端分別焊接在兩個(gè)換向片上。,換向器的作用是與電刷裝置相配合，使電樞線圈中的交流電動勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢。,換向片之間用0.41.2mm的云母片絕緣，換向片嵌入V形套筒，V形套筒又套在軸上，與電樞同軸轉(zhuǎn)動。,2、轉(zhuǎn)子部分,直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)總結(jié),主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部

9、分組成,3、直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),4、直流電機(jī)的額定值,額定容量PN（kW）： 輸出功率；,額定電壓UN（V）：額定狀態(tài)下出線端電壓；,額定電流IN（A）：額定狀態(tài)下出線端電流；,額定轉(zhuǎn)速nN（r/min）： 額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速；,勵(lì)磁方式： 有并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)和他勵(lì)等。,5、直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的分類,1）他勵(lì)式（電機(jī)需要兩套電源） 他勵(lì)式的勵(lì)磁繞組由另外一個(gè)電源供電勵(lì)磁。 永磁式直流電機(jī)因其主磁場由永久磁鐵建立，屬于他勵(lì)式。,他勵(lì)式,5、直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的分類,2）自勵(lì)式（電機(jī)只需一個(gè)電源）,勵(lì)磁繞組與電樞繞組按一定的關(guān)系相連接，對直流電動機(jī)而言勵(lì)磁繞組和電樞繞組由同一電源供電；對發(fā)電機(jī)而言，勵(lì)磁電流由該電機(jī)電樞供電。,按勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式分為： 并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)。,5、直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的分類,電動機(jī)電流關(guān)系： I = Ia + If,發(fā)電機(jī)電流關(guān)系： Ia= I + If,并勵(lì)式