第3章直流電機(jī)原理(1-4)

1、電源電源勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)測(cè)速測(cè)速伺服伺服3.1.1 直流電機(jī)的用途直流電機(jī)的用途abcdNS電刷電刷換向片換向片1）電樞線圈內(nèi)電勢(shì)、電流方向是交流電；）電樞線圈內(nèi)電勢(shì)、電流方向是交流電；2）電刷間為直流電勢(shì)。線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電）電刷間為直流電勢(shì)。線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向一致；流方向一致；3）從空間看，）從空間看， 電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的磁場(chǎng)；是恒定不變的磁場(chǎng)；4）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反， 是制是制動(dòng)性質(zhì)。動(dòng)性質(zhì)。abcdNSUIIffabcdNSUIIffee1）外施電壓、電流是直流，）外施電壓、電流是直流， 電樞線

2、圈內(nèi)電流電樞線圈內(nèi)電流是交流；是交流；2）線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反；）線圈中感應(yīng)電勢(shì)與電流方向相反；3）線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的；）線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的；4）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩）產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，是驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)。性質(zhì)。主磁極主磁極換向磁極換向磁極電刷裝置電刷裝置機(jī)座機(jī)座端蓋端蓋定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵心電樞鐵心電樞繞組電樞繞組換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承直流電機(jī)直流電機(jī)3.2.1 主要結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)（1）主磁極主磁極1主磁極鐵心主磁極鐵心2勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組3機(jī)座機(jī)座主磁極鐵心用主磁極鐵心用11.5mm厚的鋼板沖片疊壓而成。厚的鋼板沖片疊壓而成。1換向

3、極鐵心換向極鐵心2換向極繞組換向極繞組換向極鐵心一般用整塊鋼換向極鐵心一般用整塊鋼或鋼板板疊片加工而成?；蜾摪灏瀵B片加工而成。換向極繞組與電樞繞組串換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。聯(lián)。作用作用：改善換向。：改善換向。機(jī)座通常由鑄鋼或厚鋼板焊成。機(jī)座通常由鑄鋼或厚鋼板焊成。（4）電刷裝置）電刷裝置電刷的電刷的作用作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。流或逆變器的作用。1刷握刷握2電電刷刷3壓緊彈簧壓緊彈簧4銅絲辮銅絲辮（1）電樞鐵心電樞鐵心 為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的為了

4、減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。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，是通過(guò)電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)流電機(jī)的主要電路部分，是通過(guò)電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。線圈用帶絕緣的圓形或矩形線圈用帶絕緣的圓形或矩形截面導(dǎo)線繞成，嵌放在電摳截面導(dǎo)線繞成，嵌放在電摳槽內(nèi)，上下層之間以及線圈槽內(nèi)，上下層之間以及線圈與鐵心之間都要妥善地

5、絕緣。與鐵心之間都要妥善地絕緣。然后用槽楔壓緊，再用鋼絲然后用槽楔壓緊，再用鋼絲或玻璃絲帶扎緊，以防止離或玻璃絲帶扎緊，以防止離心力將繞組甩出槽外。心力將繞組甩出槽外。作用：作用：是將電刷上所通過(guò)的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交是將電刷上所通過(guò)的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流，在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)變電流，在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)。換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)。換向器由許多換向換向器由許多換向片組成。換向片之片組成。換向片之間用云母絕緣。電間用云母絕緣。電樞繞組的每一個(gè)線樞繞組的每一個(gè)線圈兩端分別焊接在圈兩端分別焊接在兩個(gè)換向片上。兩個(gè)換向片上。

6、主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成主要由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成直流電機(jī)直流電機(jī)定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子機(jī)座機(jī)座換向極換向極主磁極主磁極電刷裝置電刷裝置電樞鐵心電樞鐵心軸承軸承換向器換向器風(fēng)扇風(fēng)扇 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸電樞繞組電樞繞組額定容量額定容量PN： 輸出功率，單位輸出功率，單位kW額定電壓額定電壓UN：額定狀態(tài)下出線端電壓，單位：額定狀態(tài)下出線端電壓，單位V額定電流額定電流IN：額定狀態(tài)下出線端電流，單位：額定狀態(tài)下出線端電流，單位A額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN： 額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位額定狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min直流發(fā)電機(jī)：直流發(fā)電機(jī)： PNUN IN直流電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)： PNUN IN 額定勵(lì)磁電壓、額定

7、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁方式等。額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電流和勵(lì)磁方式等。NNNNNNNnPnPPT55. 96022 電動(dòng)機(jī)軸上輸出電動(dòng)機(jī)軸上輸出的額定轉(zhuǎn)矩：的額定轉(zhuǎn)矩：3.3.1 直流電機(jī)的磁路直流電機(jī)的磁路直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布直流電機(jī)空載時(shí)的磁場(chǎng)分布磁路從磁路從氣隙氣隙1出發(fā)經(jīng)出發(fā)經(jīng)電樞電樞齒電樞軛電樞齒齒電樞軛電樞齒2氣氣隙隙2主磁極主磁極2定子軛主定子軛主磁極磁極1，最后又回到最后又回到氣隙氣隙1主磁場(chǎng)磁密的分布主磁場(chǎng)磁密的分布在一個(gè)磁極的范圍內(nèi)，勵(lì)磁磁勢(shì)大小一樣，在一個(gè)磁極的范圍內(nèi)，勵(lì)磁磁勢(shì)大小一樣，B大小完全與氣隙長(zhǎng)度成反比。大小完全與氣隙長(zhǎng)度成反比。引進(jìn)極弧系數(shù)引進(jìn)極弧系數(shù)bp和氣隙卡

8、氏系數(shù)和氣隙卡氏系數(shù)在主極直軸附近的氣隙較小，并且氣隙均在主極直軸附近的氣隙較小，并且氣隙均勻，磁阻小，即此位置的主磁場(chǎng)較強(qiáng)，在勻，磁阻小，即此位置的主磁場(chǎng)較強(qiáng)，在此位置以外，氣隙逐漸增大，主磁場(chǎng)也逐此位置以外，氣隙逐漸增大，主磁場(chǎng)也逐漸減弱，到兩極之間的幾何中線處時(shí)，磁漸減弱，到兩極之間的幾何中線處時(shí)，磁密等于密等于0。 為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁為了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)氣隙中需要有一定量的每極磁通定量的每極磁通 ，空載時(shí)，氣，空載時(shí)，氣隙磁通隙磁通 與空載磁通勢(shì)與空載磁通勢(shì) 或空或空載勵(lì)磁電流載勵(lì)磁電流 的關(guān)系，稱為直流的關(guān)系，稱為直流電機(jī)的空載磁化

9、特性。電機(jī)的空載磁化特性。0 0 0fF0fI 為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，為了經(jīng)濟(jì)、合理地利用材料，一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定一般直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，額定磁通磁通 設(shè)定在圖中設(shè)定在圖中A點(diǎn)，即在磁點(diǎn)，即在磁化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位化特性曲線開始進(jìn)入飽和區(qū)的位置。置。N fNI0fF0fIfFfIA0N 0 他勵(lì)他勵(lì)串勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)永磁材料勵(lì)磁永磁材料勵(lì)磁IIaIIaIfI=Ia+IfI=IaIfc=Ia,I=Ia+Ifb;I=Ifc=Ia+Ifb對(duì)電樞繞組的要求：對(duì)電樞繞組的要求：在通過(guò)規(guī)定的電流和產(chǎn)生在通過(guò)規(guī)定的電流和產(chǎn)生足夠的電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩足夠的電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩前前提下，所消耗

10、的有效材料最省，提下，所消耗的有效材料最省， 強(qiáng)度高（機(jī)械、電強(qiáng)度高（機(jī)械、電氣、熱），氣、熱）， 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。 電樞繞組：電樞繞組：直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一直流電機(jī)的電磁感應(yīng)的關(guān)鍵部件之一, , 是直流電機(jī)的電路部分，亦是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的是直流電機(jī)的電路部分，亦是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐。樞紐。 元件的首末端元件的首末端：每一個(gè)元件均引出兩每一個(gè)元件均引出兩根線與換向片相連，其中一根稱為首根線與換向片相連，其中一根稱為首端，另一根稱為末端。端，另一根稱為末端。元元件件邊邊 極距極距：相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表相鄰兩個(gè)主磁極軸線沿電樞表面之間的距離，用面

11、之間的距離，用表示。表示。首端首端末端末端端端部部 mpDpza22或槽第二節(jié)距第二節(jié)距y2：連至同一換向片上連至同一換向片上的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下的兩個(gè)元件中第一個(gè)元件的下層邊與第二個(gè)元件的上層邊間層邊與第二個(gè)元件的上層邊間的距離。的距離。第一節(jié)距第一節(jié)距y1：一個(gè)元件的兩條有一個(gè)元件的兩條有效邊在電樞表面跨過(guò)的距離。效邊在電樞表面跨過(guò)的距離。y1y2yyc合成節(jié)距合成節(jié)距y ：連接同一換向片上連接同一換向片上的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。的兩個(gè)元件對(duì)應(yīng)邊之間的距離。換向節(jié)距換向節(jié)距yc：同一元件首末端連同一元件首末端連接的換向片之間的距離。接的換向片之間的距離。環(huán)形繞組環(huán)形繞組鼓形繞組鼓

12、形繞組疊繞組疊繞組波繞組波繞組單疊繞組的單疊繞組的連接規(guī)律連接規(guī)律是：所有的相鄰元件依次串聯(lián)（即是：所有的相鄰元件依次串聯(lián)（即后一元件的首端與前一元件的尾端相連），同時(shí)每個(gè)元后一元件的首端與前一元件的尾端相連），同時(shí)每個(gè)元件的出線端依次連接到相鄰的換向片上，最后形成一個(gè)件的出線端依次連接到相鄰的換向片上，最后形成一個(gè)閉合回路。閉合回路。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 槽數(shù)槽數(shù)Ze、元件數(shù)、元件數(shù)S和換向片數(shù)和換向片數(shù)K三者相同三者相同單疊繞組的合成節(jié)距等于一個(gè)槽，換向節(jié)距等于一個(gè)換單疊繞組的合成節(jié)距等于一個(gè)槽，換向節(jié)距等于一個(gè)換向片。向片。y=yk=11. 數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算yyk1計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)y 和和y1畫

13、繞組展開圖畫繞組展開圖安放電刷和磁極安放電刷和磁極實(shí)例：實(shí)例： p2， ZeSK164221621 pZye 11.槽展開槽展開2.繞組放置繞組放置3.安放磁極電刷安放磁極電刷123456789101112131416152345678910111213141615槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷NSNS+繞電樞一周，繞電樞一周， 所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。所有元件互相串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路。結(jié)合電刷的放置，結(jié)合電刷的放置， 得到該瞬時(shí)的電路圖得到該瞬時(shí)的電路圖每個(gè)極下的元件組成一條支路。即單疊繞組的并聯(lián)支每個(gè)極下的元件組成一條支路。即單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)正好等于電機(jī)

14、的極數(shù)。路數(shù)正好等于電機(jī)的極數(shù)。 這是單疊繞組的重要特點(diǎn)之一。這是單疊繞組的重要特點(diǎn)之一。 aaaiI2為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢(shì)同向相加，為了使緊相串聯(lián)的元件所生的電勢(shì)同向相加， 元件元件邊應(yīng)處于相同磁極極性下，即合成節(jié)距邊應(yīng)處于相同磁極極性下，即合成節(jié)距 2,2 yy單波繞組：換向極距單波繞組：換向極距yc必須符合必須符合 即即 1KyPk pKyk1 為了使繞組從某一換向片出發(fā)，為了使繞組從某一換向片出發(fā)， 沿電樞鐵心一周后沿電樞鐵心一周后回到原來(lái)出發(fā)點(diǎn)相鄰的一片上，回到原來(lái)出發(fā)點(diǎn)相鄰的一片上， 則可由此再繞下去。則可由此再繞下去。 單波繞組的單波繞組的連接規(guī)律連接規(guī)律是：把相隔大約

15、兩個(gè)極距，即在是：把相隔大約兩個(gè)極距，即在磁場(chǎng)中位置差不多相對(duì)應(yīng)的元件連接起來(lái)。磁場(chǎng)中位置差不多相對(duì)應(yīng)的元件連接起來(lái)。計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)y 和和y1畫繞組展開圖畫繞組展開圖安放電刷和磁極安放電刷和磁極1.繞組數(shù)據(jù)計(jì)算繞組數(shù)據(jù)計(jì)算44141521 pZye721151pKyyc34712 yyy元件、換向片的放置元件、換向片的放置：1 1元件上層邊元件上層邊1 1槽，下層邊槽，下層邊4 4槽槽; ;首末端所連的換向首末端所連的換向片相距片相距y yk k7 7；為了端部對(duì)稱，為了端部對(duì)稱， 首末端所連的兩換向片之間的中心線首末端所連的兩換向片之間的中心線與與1 1元件的軸線重合。元件的軸線重合。1

16、 1元件上層邊所連的換向片元件上層邊所連的換向片定為定為1 1。 依次聯(lián)接依次聯(lián)接。 磁極放置：磁極放置： N、S極磁極均勻交替的排列。極磁極均勻交替的排列。電刷的放置：電刷的放置：放在與主極軸線對(duì)準(zhǔn)的換向片上。放在與主極軸線對(duì)準(zhǔn)的換向片上。 3345678911101213 1415214567891011 1213 14 1512SNNS槽展開槽展開繞組放置繞組放置安放磁極、電刷安放磁極、電刷從繞組展開圖可以看出，從繞組展開圖可以看出， 全部全部15個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)元件串聯(lián)而構(gòu)成一個(gè)閉合回路的順序是：個(gè)閉合回路的順序是：1815 714 6 13 5 124 11 310 291用聯(lián)接

17、順序圖表示為：用聯(lián)接順序圖表示為：1815 714 6 13 5 124 11 310 2914 11 310 2918 15 7 14 6 13 5 12上層邊上層邊下層邊下層邊單波繞組把單波繞組把相同極性下相同極性下的全部元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支的全部元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路。路。 由于磁極只有由于磁極只有N、S之分，之分， 所以單波繞組的支路對(duì)所以單波繞組的支路對(duì)數(shù)數(shù)a與極對(duì)數(shù)多少無(wú)關(guān)，永遠(yuǎn)為與極對(duì)數(shù)多少無(wú)關(guān)，永遠(yuǎn)為1，即，即a1。 同極性下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路，同極性下各元件串聯(lián)起來(lái)組成一條支路， 支路對(duì)支路對(duì)數(shù)數(shù)a1，與磁極對(duì)數(shù)，與磁極對(duì)數(shù)p無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。當(dāng)元件的幾何尺寸對(duì)稱時(shí)，當(dāng)元件的幾何尺寸對(duì)稱時(shí)， 電刷在換向器表面上電刷在換向器表面上的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線，的位置對(duì)準(zhǔn)主磁極中心線， 支路電動(dòng)勢(shì)最大。支路電動(dòng)勢(shì)最大。電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）電刷組數(shù)應(yīng)等于極數(shù)（采用全額電刷）; 電樞電流電樞電流 Ia2ia 。 單疊繞組：先串聯(lián)所有上元件邊在同一極下的元件，單疊繞組：先串聯(lián)所有上元件邊在同一極下的元件， 形成一條支路。形成一條支路。 每增加一對(duì)主極就增加一對(duì)支路。每增加一對(duì)主極就增加一對(duì)支路。 2