電機(jī)學(xué)第23章課件

1、23-1 直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)和額定值一、直流電機(jī)的工作原理1、直流發(fā)電機(jī)的工作原理 圖3.1直流發(fā)電機(jī)原理模型 1-磁極 2-電樞 3-換向器 4-電刷圖 23-1 直流發(fā)電機(jī)的原理模型在圖所示瞬間，感應(yīng)電動勢方向如圖23-1所示，這時電刷A呈正極性，電刷B呈負(fù)極性。當(dāng)線圈逆時針方向旋轉(zhuǎn)180時，導(dǎo)體cd位于N極下，導(dǎo)體ab位于S極下，兩導(dǎo)體中的電動勢都改變了方向。由于換向片隨著線圈一同旋轉(zhuǎn)，本來與電刷B相接觸的換向片，現(xiàn)在與電刷A接觸；原來與電刷A相接觸的換向片與電刷B接觸，電刷A仍呈正極性，電刷B仍呈負(fù)極性。可以看出，與電刷A接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于N極下，與電刷B接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于S極下

2、。電刷A始終為正極性，電刷B始終為負(fù)極性，電刷兩端能引出方向不變的電壓。 線圈abcd切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由右圖可以看出：換向器使線圈內(nèi)的交變感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)變?yōu)殡娝啥说闹绷麟妷海撝绷麟妷河休^大的脈動。在實(shí)際電機(jī)中，電樞上線圈數(shù)很多，并按照一定的規(guī)律連接起來，可使電壓脈動較小以獲得波形較好的直流電壓。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。 圖3.2 氣隙磁密、線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢 和電刷之間的電壓圖23-2 電勢波形圖2、直流電動機(jī)的工作原理 圖23-3為直流電動機(jī)的原理模型。與上圖不同的是：線圈沒有原動機(jī)拖動，電刷A、B接至直流電源，線圈abcd中有電流流過，電流的方向如圖所示。 載流導(dǎo)體受到的電磁

3、力為： 圖23-3 直流電動機(jī)原理模型1-磁極 2-電樞 3-換向器 4-電刷導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。如圖23-3所示瞬間，導(dǎo)體ab的受力方向是從右向左，導(dǎo)體cd的受力方向是從左向右，都產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩，使電樞沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180o后，導(dǎo)體cd在N極下，導(dǎo)體ab在S極下，直流電源供給的電流方向不變，但線圈內(nèi)電流方向發(fā)生了變化，導(dǎo)體cd受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃螅瑢?dǎo)體ab受力方向變?yōu)閺淖笙蛴遥a(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向，使線圈繼續(xù)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。因此，由于換向器的作用，直流電流交替地由導(dǎo)體ab和cd流入，使處于N極下的線圈邊中電流的方向總是由電刷A流入，而處于S極下的

4、線圈邊中電流的方向總是從電刷B流出，從而產(chǎn)生方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這就是直流電動機(jī)的工作原理。3、直流電機(jī)的可逆運(yùn)行從上述電磁現(xiàn)象可以看出，直流電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為電動機(jī)運(yùn)行。如用原動機(jī)拖動直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，機(jī)械能從電機(jī)軸上輸入，電刷端輸出直流電壓，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能；反之，如在電刷端加直流電壓，將電能輸入電機(jī)，從電機(jī)軸上輸出機(jī)械能，拖動機(jī)械負(fù)載工作，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。同一臺電機(jī)既能作發(fā)電機(jī)又能作電動機(jī)運(yùn)行，稱為電機(jī)的可逆運(yùn)行。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，下圖是一臺小型直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖。 圖 23-4 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剖面圖1換向器 2電刷裝置 3機(jī)座 4主磁

5、極5換向極 6端蓋 7風(fēng)扇 8電樞繞組 9電樞鐵心23-2 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由靜止的定子和轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定、轉(zhuǎn)子之間有一間隙，稱為氣隙。 直流電機(jī)的定子，主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子，主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸等組成。 主磁極在直流電機(jī)中，主磁極由磁極鐵心和勵磁繞組組成，其作用是在氣隙內(nèi)產(chǎn)生氣隙磁場。下圖是主磁極的裝配圖。各主磁極上勵磁繞組的連接必須使勵磁電流產(chǎn)生的磁極呈N、S極交替排列。 圖23-5 直流電機(jī)的主磁極1主極鐵心 2勵磁繞組 換向極功率在1kW以上的直流電機(jī)，通常要在相鄰兩主磁極之間裝設(shè)換向極，又稱附加極或間極，其作用是改

6、善換向。換向極也由鐵心和繞組構(gòu)成，如下圖所示。鐵心一般用整塊鋼或薄鋼板加工而成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。圖23-6 直流電機(jī)的換向極機(jī)座機(jī)座有兩方面的作用：一是導(dǎo)磁，二是作機(jī)械支撐。 電刷裝置電刷裝置是將直流電流引入或引出的裝置，如圖所示。電刷組的數(shù)目可以用電刷桿數(shù) 表示，電刷桿數(shù)與電機(jī)的主磁極數(shù)相等。 圖23-7電刷裝置電樞鐵心 電樞鐵心有兩方面作用：一是作為主磁路的一部分，二是用于嵌放電樞繞組。 電樞繞組 電樞繞組由許多線圈按一定規(guī)律排列和連接而成，是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。線圈用絕緣圓形線或扁銅線繞制而成，也稱為元件。電樞線圈嵌放在電樞鐵心的槽中，每個元件有兩個出線端。所有元件按一定規(guī)律連接，就構(gòu)成電樞繞組。圖23-8 直流電機(jī)的電樞 換向器 換向器也是直流電機(jī)的重要部件。在直流發(fā)電機(jī)中，換向器將繞組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷兩端的直流電動勢；在直流電動機(jī)中，換向器將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流。換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上，如圖所示，由許多換向片組成，換向片之間用云母進(jìn)行絕緣，換向片數(shù)與元件數(shù)相等。 圖23-9 換向器直流電機(jī)運(yùn)行時，若各物理量都與額定值相同，稱為額定運(yùn)行狀態(tài)或額定工況。 額定功率 （W或kW）指電機(jī)在額定狀態(tài)時的輸出功率。對于電動機(jī)，是指軸上輸出的機(jī)械功率；對于發(fā)電機(jī)，是指線端輸出的