直流電機(jī)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)

1、第3章直流電機(jī) 直流電機(jī)的用途 1、直流發(fā)電機(jī)：用于同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源和直流電 動(dòng)機(jī)的直流電源； 2、直流電動(dòng)機(jī)：用于對(duì)調(diào)速要求較高的電力拖動(dòng)系 統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣; 調(diào)速平滑性好; 機(jī)械特性硬; 起制、制動(dòng)性能好； 缺點(diǎn)：由于換向的問(wèn)題限制了電機(jī)容量。 第3章直流電機(jī) 3.1 3.1直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) 3.1.13.1.1直流電機(jī)的工作原理及電路符號(hào)直流電機(jī)的工作原理及電路符號(hào) 圖 3-1直流電機(jī)的原理示意圖 第3章直流電機(jī) 圖 3-2直流電機(jī)的電路符號(hào) 第3章直流電機(jī) 電機(jī)模型及工作原理 交流交流 第3章直流電機(jī) 1. 直流發(fā)電機(jī)的工作原理直流發(fā)電機(jī)的工作

2、原理 圖 3-3直流發(fā)電機(jī)的工作原理 Blve 第3章直流電機(jī) 2. 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 圖 3-4直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 Blif 第3章直流電機(jī) 導(dǎo)體電勢(shì)、線圈電勢(shì)為交變電勢(shì) 電刷及換向器的作用：電刷及換向器的作用： 把旋轉(zhuǎn)電路與外電路聯(lián)系起來(lái) 把電樞繞組中的交流電整流為外電路 中的直流電 電刷引出電勢(shì)：經(jīng)換向器和電刷的整流 作用，電刷引出的電勢(shì)為直流電勢(shì) 第3章直流電機(jī) 3.1.23.1.2直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件 圖 3-5直流電機(jī)的剖面圖 第3章直流電機(jī) 圖 3-6直流電機(jī)橫截面示意圖 第3章直流電機(jī) 主磁極 換向磁極 電刷裝置 機(jī)座 端蓋 定

3、子 轉(zhuǎn)子 電樞鐵心 電樞繞組 換向器 轉(zhuǎn)軸 軸承 電機(jī)結(jié)構(gòu) 第3章直流電機(jī) 定子 轉(zhuǎn)子 第3章直流電機(jī) （一）（一） 定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)，支撐電機(jī)定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)，支撐電機(jī) 1 1、主磁極、主磁極 包括：主極鐵心：導(dǎo)磁，固定繞組 勵(lì)磁繞組：通直流電產(chǎn)生磁場(chǎng) 第3章直流電機(jī) 圖 3-7主磁極 第3章直流電機(jī) 2. 換向極： 作用：改善換向，消除電刷與換向器間的火花 包括：換向極鐵心、換向極繞組 主磁極主磁極 換向極換向極 第3章直流電機(jī) 容量大于1 kW的直流電機(jī)，在相鄰兩主磁極之間裝設(shè) 換向極，其作用是幫助換向。 圖 3-8換向極 第3章直流電機(jī) 3、機(jī)座（也稱為定子磁軛） 作用： 支撐電機(jī) 導(dǎo)磁

4、4、電刷裝置：把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞電路與外電路接通 第3章直流電機(jī) 圖 3-9電刷裝置 直流電機(jī)的電樞繞組和電流均通過(guò)電刷裝置與外電路相 接。電刷本身是由石墨等做成的導(dǎo)電塊，放在刷握內(nèi)。刷握 再裝于刷架上，每個(gè)刷架上裝有一個(gè)電刷或一組并聯(lián)的電刷， 同極性刷架上的電流匯集到一起后，引向接線板，再通向機(jī) 外。 第3章直流電機(jī) 第3章直流電機(jī) （二）轉(zhuǎn)子（也稱為電樞） 作用：產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 包括：電樞鐵心和電樞繞組 第3章直流電機(jī) 圖 3-10直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn) 軸和軸承。 第3章直流電機(jī) 1)電樞鐵心：導(dǎo)磁，固定電樞繞組 第3章直流電機(jī) 2)電樞繞組：

5、 作用：產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)（和通過(guò)電流），實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換 用帶絕緣的銅導(dǎo)線繞成一個(gè)個(gè)的線圈元件，嵌放在電樞 鐵芯的槽中，各元件按一定的規(guī)律連接到相應(yīng)的換向片上， 全部這些元件就組成了電樞繞組。 第3章直流電機(jī) 圖 3-11換向器 3）換向器： 由許多換向片組成。與電刷配合，起整流作用 第3章直流電機(jī) 實(shí)物視頻： 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 第3章直流電機(jī) 額定值是制造廠對(duì)各種電氣設(shè)備在指定工作 條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下 運(yùn)行時(shí)，可以保證各電氣設(shè)備長(zhǎng)期可靠的工作， 并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進(jìn) 行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。 3.1.3 3.1.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)：額定值直流電機(jī)的

6、銘牌數(shù)據(jù)：額定值 額定值通常標(biāo)在各電器的銘牌上，故又叫銘牌數(shù)據(jù)。 第3章直流電機(jī) 第3章直流電機(jī) 其他系列的直流電機(jī)型號(hào)、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)品目錄或相關(guān)其他系列的直流電機(jī)型號(hào)、技術(shù)數(shù)據(jù)可從產(chǎn)品目錄或相關(guān) 的手冊(cè)中查到。的手冊(cè)中查到。 （2） ZZJ系列是一種冶金起重輔助傳動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)適用于軋鋼系列是一種冶金起重輔助傳動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)適用于軋鋼 機(jī)、起重機(jī)、升降機(jī)、電鏟等。機(jī)、起重機(jī)、升降機(jī)、電鏟等。 （1） Z2系列是普通中小型直流電機(jī)。系列是普通中小型直流電機(jī)。 國(guó)產(chǎn)電機(jī)主要系列國(guó)產(chǎn)電機(jī)主要系列 國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)的系列產(chǎn)品代號(hào)采用大寫漢語(yǔ)拼音字母表示國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)的系列產(chǎn)品代號(hào)采用大寫漢語(yǔ)拼音字母表示 ，

7、型號(hào)采用漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組合表示，例如：，型號(hào)采用漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組合表示，例如： “Z4-72”表示直流電動(dòng)機(jī)、第四次改進(jìn)設(shè)計(jì)型，表示直流電動(dòng)機(jī)、第四次改進(jìn)設(shè)計(jì)型，“7”表示機(jī)座表示機(jī)座 號(hào)，號(hào)，7后面的后面的2表示長(zhǎng)鐵心（表示長(zhǎng)鐵心（2號(hào)表示長(zhǎng)鐵心，號(hào)表示長(zhǎng)鐵心，1號(hào)表示短鐵心）號(hào)表示短鐵心） 。 第3章直流電機(jī) （1） 額定電壓UN，單位：V。 額定電壓指在額定工作情況下電機(jī)出線端的電壓值。直 流電機(jī)的額定電壓一般不高，我國(guó)生產(chǎn)的中小型直流電動(dòng)機(jī) 的額定電壓多為110 V，220 V，440 V；發(fā)電機(jī)的額定電壓 為115 V，230 V，460 V；大型直流電機(jī)的額定電

8、壓約為 1000 V。 （2） 額定電流IN，單位：A。 額定電流是電機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率為額定功 率時(shí)，通過(guò)出線的線路電流。 第3章直流電機(jī) NNN IUP （3-3）直流發(fā)電機(jī) NNNN IUP （3-4） 直流電動(dòng)機(jī) 額定運(yùn)行時(shí)的效率 （3） 額定功率PN，單位：W或kW。 額定功率是在銘牌規(guī)定的額定運(yùn)行條件下的輸出功率。對(duì)發(fā) 電機(jī)，指出線端所輸出的電功率；對(duì)電動(dòng)機(jī)，指軸上輸出的 機(jī)械功率。 三者關(guān)系為： 第3章直流電機(jī) （4） 額定轉(zhuǎn)速nN，單位：r/min。 額定轉(zhuǎn)速是在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率為額定功率時(shí) 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。對(duì)無(wú)調(diào)速要求的電機(jī)，一般不允許電機(jī)運(yùn)行時(shí) 的最大轉(zhuǎn)速超過(guò)

9、1.2nN。 （5） 額定效率N。 額定效率是電機(jī)在額定工況下，輸出功率與輸入功率之 比的百分?jǐn)?shù)。 （6） 額定勵(lì)磁電壓Uf，單位：V。 額定勵(lì)磁電壓是指電機(jī)在額定工況下，勵(lì)磁繞組兩端的 電壓。 第3章直流電機(jī) （7） 額定勵(lì)磁電流If，單位：A。 額定勵(lì)磁電流是指電機(jī)在額定工況下，勵(lì)磁繞組中的電 流。 NNN 2N NN 9.55 2/60 N PPP T nn 直流電動(dòng)機(jī)軸上的額定輸出轉(zhuǎn)矩用T2N表示，其大小為 式中：PN的單位為W；nN的單位為r/min；T2N的單位為Nm。 若PN的單位為kW，則系數(shù)9.55應(yīng)改為9550。 第3章直流電機(jī) 長(zhǎng)期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行會(huì)

10、縮短電長(zhǎng)期欠載運(yùn)行將造成電機(jī)浪費(fèi)，而長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行會(huì)縮短電 機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此機(jī)的使用壽命。電機(jī)最好運(yùn)行于額定狀態(tài)或額定狀態(tài)附近，此 時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。時(shí)電機(jī)的運(yùn)行效率、工作性能等比較好。 額定值：額定值：是選擇電機(jī)的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況，合理選擇是選擇電機(jī)的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況，合理選擇 電機(jī)容量，使電機(jī)工作在額定運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)容量，使電機(jī)工作在額定運(yùn)行狀態(tài)。 電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行時(shí)，所有物理量與額定值相同電機(jī)運(yùn)行于電機(jī)運(yùn)行于額定額定 狀態(tài)。電機(jī)運(yùn)行電流小于額定電流狀態(tài)。電機(jī)運(yùn)行電流小于額定電流欠載欠載運(yùn)行；運(yùn)

11、行電流大于運(yùn)行；運(yùn)行電流大于 額定電流額定電流過(guò)載過(guò)載運(yùn)行。運(yùn)行。 第3章直流電機(jī) 【例例3-1】一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的額定值為PN=160 kW， UN=220 V，nN=1500 r/min，N=90%，求該電機(jī)的額定輸入 功率P1N、額定電流IN、額定輸出轉(zhuǎn)矩T2N。 N 1N N 160 177.8 kW 0.9 P P 1N N N 177.8 808.2 A 220 P I U 解：解：額定輸入功率為 額定電流為 第3章直流電機(jī) 額定輸出轉(zhuǎn)矩為 3 2N 160 10 9.551018.67 N m 1500 T N 2N N 160 955095501018.67 N m 1500 P

12、 T n 或 第3章直流電機(jī) 練習(xí)題：練習(xí)題： 一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，銘牌數(shù)據(jù)如下：一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，銘牌數(shù)據(jù)如下： %90min,/1450,230,145 NNNN rnVUKWP 求發(fā)電機(jī)的輸入功率求發(fā)電機(jī)的輸入功率 及額定電流及額定電流 為多少？為多少？ 1 P N I 解：輸入功率為：解：輸入功率為： KW P P N N 161 9 .0 145 1 額定電流為：額定電流為： A U P I N N N 4 .630 230 10145 3 這個(gè)條件并 沒(méi)起作用！ 第3章直流電機(jī) 本講需要掌握的知識(shí)點(diǎn)： 1.直流電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)工作原理 導(dǎo)體構(gòu)成的線圈電流、電勢(shì)變化，換向片在其中的作用 2.

13、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 定、轉(zhuǎn)子的組成部分及其作用 3.直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的定義 思考題 1）磁極固定，電刷與電樞同速同向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷兩端電壓 的性質(zhì)？ 2）電樞固定，電刷與磁極同速同向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷兩端電壓 的性質(zhì)？ 第3章直流電機(jī) 導(dǎo)體電勢(shì)、線圈電勢(shì)為交變電勢(shì) 電刷及換向器的作用：電刷及換向器的作用： 把旋轉(zhuǎn)電路與外電路聯(lián)系起來(lái) 把電樞繞組中的交流電整流為外電路 中的直流電 電刷引出電勢(shì)：經(jīng)換向器和電刷的整流 作用，電刷引出的電勢(shì)為直流電勢(shì) 第3章直流電機(jī) 定子 轉(zhuǎn)子 第3章直流電機(jī) （一）（一） 定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)，支撐電機(jī)定子：產(chǎn)生磁場(chǎng)，支撐電機(jī) 1 1、主磁極、主磁極 包括：主極鐵心：導(dǎo)磁，固定繞組 勵(lì)磁繞組：通直流電產(chǎn)生磁場(chǎng) 第3章直流電機(jī) （二）轉(zhuǎn)子（也稱為電樞） 作用：產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 包括：電樞鐵心和電樞繞組 第3章直流電機(jī) 額定值是制造廠對(duì)各種電氣設(shè)備在指定工作 條件下運(yùn)行時(shí)所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下 運(yùn)行時(shí)，可以保證各電氣設(shè)備長(zhǎng)期可靠的工作， 并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進(jìn) 行產(chǎn)品設(shè)計(jì)或試驗(yàn)的依據(jù)。 3.1.3 3.1.3 直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)：額定值直流電機(jī)的銘牌數(shù)