《電機(jī)技術(shù)應(yīng)用》課件 3.1.1 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)、原理和銘牌

直流電機(jī)結(jié)構(gòu)、原理和銘牌直流電機(jī)認(rèn)識(shí)直流電機(jī)低噪音12V直流電機(jī)ZQ系列直流牽引電機(jī)低速正反轉(zhuǎn)電機(jī)12V概述

作為直流電動(dòng)機(jī)，主要用于廣泛調(diào)速的地方，比如電力機(jī)車、城市地鐵、城市電車等。也可以用于快速可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)，比如卷?yè)P(yáng)機(jī)、軋鋼機(jī)等。

作為直流發(fā)電機(jī)，既可以作為獨(dú)立的直流電源，也可以作為發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。直流電機(jī)是一種將直流電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，同一臺(tái)直流電機(jī)既可作為直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行。直流電能機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)）機(jī)械能直流電能（直流發(fā)電機(jī)）優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)：（1）直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)波形較好，電磁干擾較小。（2）直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好，主要表現(xiàn)在調(diào)速范圍廣、調(diào)速方便、調(diào)速平滑。（3）直流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力較強(qiáng)，起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，起動(dòng)性能好。2.缺點(diǎn)：存在換向器，其制造、維護(hù)復(fù)雜，價(jià)格較高。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生環(huán)火。12V-24V直流電機(jī)可用于機(jī)器人、小車3052無(wú)刷直流電機(jī)、usb風(fēng)扇、玩具電器專用直流電機(jī)變頻器主要結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子部分電樞鐵心電樞繞組換向器轉(zhuǎn)軸軸承主磁極換向磁極電刷裝置機(jī)座端蓋

1.定子部分風(fēng)葉磁極電刷換向器電樞繞組繞組端部轉(zhuǎn)軸換向片電樞轉(zhuǎn)子壓緊環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖主要結(jié)構(gòu)（1）主磁極

作用：建立主磁場(chǎng)。

構(gòu)成：主極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組。

（2）機(jī)座

作用：①主磁路的一部分；②電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架，主要起支撐和防護(hù)作用。

構(gòu)成：用厚鋼板彎成筒形焊成或鑄鋼件制成。

（3）換向極

作用：改善換向。

構(gòu)成：由鐵心和繞組組成。直流電動(dòng)機(jī)的磁極和磁路主要結(jié)構(gòu)（4）電刷裝置

作用：電樞電路的引出（或引入）裝置。

構(gòu)成：電刷、刷盒、刷桿和連線等。（5）端蓋

作用：起支撐、保護(hù)作用。（6）電樞鐵心

作用：①主磁路的一部分；②電樞繞組的支撐部件。構(gòu)成：一般用厚0.5㎜且沖有齒、槽的DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成。主要結(jié)構(gòu)（8）換向器

作用：整流（發(fā)電機(jī)）或逆變（電動(dòng)機(jī)）

構(gòu)成：由許多鴿形尾的換向片排列成一個(gè)圓筒片間用V形云母絕緣，兩端再用兩個(gè)形環(huán)夾緊而構(gòu)成。（7）電樞繞組

作用：直流電機(jī)的電路部分。

構(gòu)成：用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成，上下層以及線圈與電樞鐵心間要妥善地絕緣，并用槽楔壓緊。直流發(fā)電機(jī)工作原理N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個(gè)相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過(guò)放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至ωt=00時(shí)，導(dǎo)體ab在N極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在S極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性為正，電刷B極性為負(fù)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)ωt=1800時(shí)，導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)?？梢?，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。直流發(fā)電機(jī)工作原理直流發(fā)電機(jī)工作原理由于旋轉(zhuǎn)電刷和靜止換向器的作用，eAB為脈動(dòng)的直流電動(dòng)勢(shì)?？梢酝ㄟ^(guò)增加導(dǎo)體減小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)脈動(dòng)?？梢宰C明每極下導(dǎo)體數(shù)大于8時(shí)，脈動(dòng)可小于1%。直流發(fā)電機(jī)工作原理①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)與電流方向一致。③從空間看，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的磁場(chǎng)。④產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，是制動(dòng)性質(zhì)。結(jié)論

把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過(guò)。

當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，N極性下通電導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S極下通電導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。直流電動(dòng)機(jī)工作原理

當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到左圖所示位置時(shí)，原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對(duì)。直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵：使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，即當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下時(shí)受到的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。換向器配合電刷可保證每個(gè)磁極下線圈邊中電流始終是一個(gè)方向，即電樞受到的電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終不變。直流電動(dòng)機(jī)工作原理①外施電壓、電流是直流，電樞線圈內(nèi)電流是交流。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。②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，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間上是恒定不變的。④產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，是驅(qū)動(dòng)性質(zhì)。結(jié)論銘牌數(shù)據(jù)

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)期可靠地工作。額定值通常標(biāo)在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。⒈額定功率

PN

指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的輸出功率，以“W”為量綱單位。若大于1kW或1MW

時(shí),則用kW

或MW表示。直流發(fā)電機(jī)：PN指輸出的電功率，等于額定電壓和額定電流的乘積。PN＝UNIN直流電動(dòng)機(jī)：PN指輸出的機(jī)械功率，PN＝UNINηN銘牌數(shù)據(jù)⒌額定勵(lì)磁電流

If

指電機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)的勵(lì)磁電流值。

⒉額定電壓UN

指額定狀態(tài)下電樞出線端的電壓，以“V”為量綱單位。

⒊額定電流

IN

指電機(jī)在額定電壓、額定功率時(shí)的電樞電流值，以“A”為量綱單位。

⒋額定轉(zhuǎn)速

nN

指額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，以r/min為量綱單位。6.額定溫升

指電機(jī)允許高出環(huán)境溫度的最高允許值，它表示了電機(jī)允許發(fā)熱的限度。

銘牌數(shù)據(jù)第一部分用大寫的拼音表示產(chǎn)品代號(hào)第二部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號(hào)第三部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示機(jī)座代號(hào)第四部分用阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵心長(zhǎng)度代號(hào)Z2—92Z表示一般用途直流電機(jī)；2表示設(shè)計(jì)序號(hào)，第二次改型設(shè)計(jì)；9表示機(jī)座代號(hào)；2電樞鐵心長(zhǎng)度代號(hào)。直流電機(jī)主要系列1、試敘述直流發(fā)電機(jī)的工作原理。答：直流發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，電樞上的導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)，再通過(guò)換向器的整流作用，在電刷間獲得直流電壓輸出，從而實(shí)現(xiàn)了將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能的目的。2、試述直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。答：直流電動(dòng)機(jī)在外加電壓的作用下，在導(dǎo)體中形成電流，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受電磁力的作用，由于換向器的換向作用，導(dǎo)體進(jìn)異性磁極時(shí)，導(dǎo)體中的電流方向也相應(yīng)改變，從而保證了電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，使直流電機(jī)能連續(xù)旋轉(zhuǎn)，把直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出。思考與練習(xí)

思考與練習(xí)4、試述直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成。答：直流電機(jī)由兩大部分組成：定子和電樞。定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、端蓋和軸承等組成。轉(zhuǎn)子由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇和軸組成。思考與練習(xí)3、小型直流電動(dòng)機(jī)多為兩極電動(dòng)機(jī)，一般在結(jié)構(gòu)上只用一個(gè)換向極，問(wèn)能否良好運(yùn)行，為什么?答：能良好運(yùn)行，因?yàn)橐粋€(gè)換向磁極，可以產(chǎn)生兩個(gè)磁極；另外因?yàn)樾⌒椭绷麟妱?dòng)機(jī)的容量較小，用只用一個(gè)換向極產(chǎn)生的兩個(gè)磁極，足可以保障換向要求。5、換向器與電刷的作用是什么？答：直流電機(jī)內(nèi)部元件流的是交流；所以直流電動(dòng)機(jī)電刷把外部供給的直流電引到換向器上，通過(guò)換向器上換向片的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換到元