電機(jī)及其應(yīng)用資源課件

09HZ1第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理XXMB9.TIF1.掌握直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。

2.能夠制作單線圈直流電動(dòng)機(jī)，并會(huì)通電測(cè)試。

3.能夠拆卸玩具電動(dòng)機(jī)，并說(shuō)出其結(jié)構(gòu)及各部分名稱。

4.理解玩具電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理和可逆原理。

5.會(huì)畫玩具電動(dòng)機(jī)電樞繞組的展開(kāi)圖。

6.能夠描述直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和分類。

7.理解直流電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的含義。

8.了解電樞反應(yīng)，掌握改善換向的方法。

9.能夠正確調(diào)整電刷的位置。

1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理1.1.1兩條定則和兩條定律

1.左手定則與右手定則左手定則也稱“電動(dòng)機(jī)定則”，如圖1-1a所示。

2.電磁力定律

3.電磁感應(yīng)定律

1.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

1.電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生現(xiàn)在用圖1-2所示直流電動(dòng)機(jī)的物理模型來(lái)分析電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的。圖1-2最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的物理模型第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理2.恒定轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生由于主極磁場(chǎng)在空間上近似于正弦分布，只有一個(gè)線圈的直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的，如圖1-3a所示。

3.直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程直流電動(dòng)機(jī)與電源接通后，運(yùn)行過(guò)程如圖1-4所示。圖1-3直流電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-4直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程1.實(shí)訓(xùn)目的通過(guò)親身制作與測(cè)試，了解直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，理解換向器的作用和原理，掌握電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與運(yùn)行情況。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-6所需材料與工具3.制作步驟第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(1)繞制線圈：帶上手套，用手把漆包線抻直，如圖1-7a所示，注意不要弄傷手。圖1-7線圈繞制(2)制作電源：先用斜口鉗把電池夾上的導(dǎo)線絕緣層剝掉，如圖1-8a所示；把鱷魚夾上的護(hù)套取下，預(yù)先套在導(dǎo)線上(注意顏色相配)，如圖1-8b所示，否則有時(shí)候焊接完了才發(fā)現(xiàn)護(hù)套沒(méi)法上了；然后將剝?nèi)ソ^緣層的電池夾，導(dǎo)線與鱷魚夾焊接在一起，如圖1-8c所示；最后把護(hù)套安裝在鱷魚夾上，電源部分就完成了，如圖1-8d所示。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(3)制作支架：用尖嘴鉗分步驟把曲別針彎成圖片最下端的樣子，如圖1-9a所示；把線圈套在磁體上以確定支架的位置，并用螺釘固定結(jié)實(shí)，如圖1-9b所示；確定支架的高度，要求線圈盡量貼近下面的磁鐵又不發(fā)生刮碰，如圖1-9c所示；在支架確定好的位置處用尖嘴鉗彎一下，支架就做好了，放上線圈，如果位置不合適再作進(jìn)一步的調(diào)整，如圖1-9d所示。

(4)刮絕緣漆：用壁紙刀刮掉線圈與支架接觸位置上漆包線的絕緣漆，如圖1-10所示。圖1-8電源制作過(guò)程第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-10刮絕緣漆的位置4.通電測(cè)試裝上電池，用萬(wàn)用表測(cè)量鱷魚夾是否有電壓輸出，如圖1-11a所示。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-11通電測(cè)試(1)通電測(cè)試中可能出現(xiàn)的問(wèn)題：線圈不轉(zhuǎn)動(dòng)；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)快慢不均；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向不固定。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(2)影響轉(zhuǎn)動(dòng)效果的因素：線圈匝數(shù)多少；電池電壓大小與電量；電池連接情況；永久磁鐵磁場(chǎng)強(qiáng)弱；漆包線漆是否刮干凈；半面漆刮的寬窄與位置；線圈與磁鐵之間的距離；線圈形狀是否平衡；線圈兩邊是否在軸線上；支架兩邊高度是否相同。

(3)若有條件，在電路中串聯(lián)電流表，或用穩(wěn)壓直流電源代替電池，觀察線圈起動(dòng)時(shí)和運(yùn)行時(shí)電路中電流的大小和方向。

(4)線圈為什么有時(shí)需要用手撥一下才能轉(zhuǎn)動(dòng)？想想這種電動(dòng)機(jī)能干什么用？要能實(shí)用還需要進(jìn)行哪些改進(jìn)？舉例說(shuō)明電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

1.2永磁式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-12玩具電動(dòng)機(jī)的外形第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-14固定爪位置第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-15端蓋內(nèi)的電刷(2)取出轉(zhuǎn)子。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-16轉(zhuǎn)子第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-18轉(zhuǎn)子的拆卸第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-19電動(dòng)機(jī)外殼的拆卸(4)拆卸電動(dòng)機(jī)外殼。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-20玩具電動(dòng)機(jī)的發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置2.玩具電動(dòng)機(jī)發(fā)電實(shí)驗(yàn)

(1)把電池連接到電動(dòng)機(jī)的端子，并確認(rèn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(3)這種電動(dòng)機(jī)與單線圈電動(dòng)機(jī)有何不同？?jī)蓚€(gè)電刷安放于什么位置？

(4)如果電樞鐵心不是三極轉(zhuǎn)子，即電樞鐵心槽數(shù)為5、7、9或11個(gè)時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)會(huì)有怎樣的影響？槽數(shù)可以為偶數(shù)嗎？

(5)電動(dòng)機(jī)能夠發(fā)電是基于什么道理？發(fā)電電壓大小與哪些因素有關(guān)？發(fā)電時(shí)的電壓極性由誰(shuí)來(lái)決定？

1.2.1玩具電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖1-21三極轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理示意圖第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(1)換向器與電刷組合的作用是什么？電刷位置可以改變嗎？

(2)怎樣改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的大小？

(3)電吹風(fēng)上的小型永磁式直流電動(dòng)機(jī)(三極轉(zhuǎn)子)，必須用手?jǐn)Q一下轉(zhuǎn)軸，才能起動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)力。

1.2.2直流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理及直流電機(jī)的可逆原理圖1-22直流發(fā)電機(jī)發(fā)電原理示意圖第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理1.直流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理直流發(fā)電機(jī)發(fā)電原理示意圖如圖1-22所示。圖1-23直流發(fā)電機(jī)的脈動(dòng)電壓2.直流發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖1-24所示，電樞導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向可用右手定則確定。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理而在另外的條件下又可把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載，這就是直流電機(jī)的可逆性。

1.2.3玩具電機(jī)電樞繞組繞制方法及展開(kāi)圖

1.線圈的繞制方法詳細(xì)查看電樞中線圈的連接關(guān)系，把電樞從某一槽中間沿軸向切開(kāi)、分左、右方向展開(kāi)成一個(gè)平面，可畫出其示意圖，如圖1-25所示。圖1-25電樞繞組的繞制方法示意圖第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-26單疊繞組2.電樞繞組的展開(kāi)圖電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分，它是由許多分布在轉(zhuǎn)子表面的線圈按一定的規(guī)律連接而成的閉合繞組。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-27三極轉(zhuǎn)子單疊(1)試著用左手定則分析三極轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

(2)電樞繞組元件中有哪些電量？是交流還是直流？第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(3)小型永磁式直流電動(dòng)機(jī)，定子為2極，電樞鐵心為7槽，繞成右行單疊繞組。

(4)從節(jié)省材料的角度看，右行與左行哪個(gè)更好？

1.3電磁式直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、分類與銘牌

1.3.1電磁式直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖1-28電磁式直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理1.機(jī)座與端蓋機(jī)座有兩個(gè)作用：一是作為主磁極的一部分，二是作為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。

2.主磁極主磁極的作用是建立主磁場(chǎng)。

3.換向磁極換向磁極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個(gè)小磁極，它的作用是改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的電火花。圖1-29主磁極結(jié)構(gòu)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-30換向磁極結(jié)構(gòu)4.電刷裝置電刷裝置是電樞電路的引出(或引入)裝置，它由電刷、刷握、刷桿和連線等部分組成，如圖1-31所示。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-31電刷裝置第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-32支架機(jī)構(gòu)5.電樞鐵心電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組的支撐部分，為了減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗，第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理電樞鐵心一般用厚0.5mm且沖有齒、槽的硅鋼片疊壓夾緊而成。圖1-33電樞結(jié)構(gòu)示意圖6.電樞繞組電樞繞組由一定數(shù)目的線圈按一定的規(guī)律連接而成，它是直流電機(jī)的電路部分，也是進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部分。

7.換向器在直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用；在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件之一。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-34電樞鐵心槽內(nèi)嵌放的電樞繞組第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-35換向器結(jié)構(gòu)(1)主磁極鐵心與電樞鐵心結(jié)構(gòu)一樣嗎？為什么？第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(2)換向磁極的作用是什么？它裝在什么位置？繞組如何連接？流過(guò)換向磁極繞組的電流是什么電流？

(3)直流電機(jī)有哪些主要部件？試說(shuō)明它們的作用和結(jié)構(gòu)。

1.3.2直流電機(jī)的分類

1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組采用兩個(gè)電源供電，如圖1-36所示。圖1-36他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理2.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，采用同一個(gè)電源供電，由一個(gè)開(kāi)關(guān)控制，如圖1-37所示。圖1-37并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-38串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)3.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后，外接一個(gè)直流電源，由一個(gè)開(kāi)關(guān)控制，如圖1-38所示。

4.復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)如圖1-39所示。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-39復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-40復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的方向第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-41直流電機(jī)的終端標(biāo)注符(1)多匝、小線徑導(dǎo)線繞制的是什么類型的勵(lì)磁繞組？這樣有什么好處？

(2)解釋積復(fù)勵(lì)和差復(fù)勵(lì)的不同之處，這種不同是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

(3)串勵(lì)繞組和并勵(lì)繞組如何與電樞繞組連接？

1.3.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-42某臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌1.型號(hào)型號(hào)表明該電機(jī)所屬的系列及主要特點(diǎn)。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-43該直流電動(dòng)機(jī)的型號(hào)含義2.額定值

(1)額定功率PN：指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的輸出功率，對(duì)發(fā)電機(jī)是指輸出的電功率；對(duì)電動(dòng)機(jī)是指輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW。

(2)額定電壓UN：指在額定運(yùn)行狀況下，直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓或直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，單位為V或kV。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(3)額定電流IN：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定負(fù)載時(shí)，允許長(zhǎng)期輸出(發(fā)電機(jī))或輸入(電動(dòng)機(jī))的電流，單位為A。

(4)額定轉(zhuǎn)速nN：指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定負(fù)載時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度，單位為r/min。

3.勵(lì)磁方式指勵(lì)磁繞組獲得電流的方式。

4.絕緣等級(jí)表示電機(jī)各繞組及其他絕緣部件所用絕緣材料的等級(jí)。表1-1絕緣材料耐熱性能等級(jí)5.定額工作制指電機(jī)按銘牌規(guī)定的額定值工作時(shí)，可以持續(xù)運(yùn)行的時(shí)間和順序。

(1)連續(xù)定額S1：表示電機(jī)按銘牌值工作時(shí)可以長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

(2)短時(shí)定額S2：表示電機(jī)按銘牌值工作時(shí)只能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)短時(shí)運(yùn)行。第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理(3)斷續(xù)定額S3：表示電機(jī)按銘牌值工作時(shí)，運(yùn)行一段時(shí)間就要停止一段時(shí)間，周而復(fù)始地按一定周期重復(fù)運(yùn)行。

解：額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的輸入功率

1.4電樞反應(yīng)和改善換向的方法

1.4.1電機(jī)中的磁場(chǎng)與電樞反應(yīng)圖1-44勵(lì)磁繞組的接線第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理1.勵(lì)磁繞組的接線直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組通電后，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，形成若干個(gè)磁極，以N極和S極成對(duì)的形式出現(xiàn)，在電動(dòng)機(jī)氣隙表面圓周上均勻分布。

2.電樞反應(yīng)直流電機(jī)在實(shí)際使用時(shí)，實(shí)際磁場(chǎng)是主磁極磁場(chǎng)(如圖1-45a所示)和電樞磁場(chǎng)(如圖1-45b所示)互相疊加得到的合成磁場(chǎng)(如圖1-45c所示)。圖1-45電樞反應(yīng)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理1)使氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，半個(gè)極下磁場(chǎng)削弱，半個(gè)極下磁場(chǎng)加強(qiáng)。

2)磁路飽和時(shí)有去磁作用，使每極下部總的磁通有所減小。

1.4.2改善換向的方法

1.選用合適的電刷在使用維修中欲更換電刷時(shí)，必須選用與原來(lái)同一牌號(hào)的電刷，如果實(shí)在配不到相同牌號(hào)的，那就盡量選擇特性與原來(lái)接近的，并將所有電刷全部更換。

2.旋轉(zhuǎn)電刷將電刷旋轉(zhuǎn)與物理中性面移動(dòng)相同的角度，可以矯正電樞反應(yīng)。

3.裝設(shè)換向磁極換向磁極裝設(shè)在相鄰兩主磁極之間的幾何中性線上，如圖1-46所示。圖1-46換向磁極的裝設(shè)第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理4.裝設(shè)補(bǔ)償繞組換向磁極僅在其鄰域內(nèi)恢復(fù)磁場(chǎng)，不能克服所有的磁場(chǎng)變形。圖1-47補(bǔ)償繞組的位置與結(jié)構(gòu)(1)一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)改成發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是否需要改接換向磁極勵(lì)磁繞組？為什么？

(2)補(bǔ)償繞組的作用是什么？裝在什么位置？流過(guò)補(bǔ)償繞組的電流是什么電流？電流方向如何？第1章直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理圖1-48感應(yīng)法(1)感應(yīng)法：這是一種最簡(jiǎn)單的方法。