cha18直流电机的结构与工作原理解说.ppt

直流电机篇 主要内容 直流电机的作用原理和结构 直流电机的电磁关系 直流电机的运行性能 直流电机的起动等 直流电机是电机的主要类型之一，直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用。 用作直流发电机，直流发电机将机械能转化为直流电能； 作为直流电动机，直流电动机将直流电能转化为机械能，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用； 还可做作励磁机，一般小于10万kW即100MW的单机同步发电机要用直流发电机作为励磁机； 用作信号传递，直流测速发电机将机械信号转换为电信号，直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。 由于直流电机存在换向器，其制造复杂，维护困难，价格较高，加之几年来变流器的快速发展，大有取代直流发电机的趋势。 但直流电机具有突出的优点：直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小；直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑；直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大，因此仍得到广泛的应用。 为了提高直流电机的可靠性，延长电机寿命，除了在电机结构上不断改进，使其能长期可靠的运行外，国际上一直致力于发展各种无刷电机，如无刷直流电机、永磁直流电机。 永磁材料在直流电机中的普遍应用已是必然趋势。我国稀土资源丰富，为我国永磁电机的发展提供了良好的条件。 第十八章 直流电机的基本工作原理与结构 第一节 直流电机的基本工作原理 一、直流发电机的工作原理及物理模型 一般直流电机是磁极固定，电枢旋转的结构。为了理解直流电机的工作原理，?如图是一台直流发电机的物理模型，固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。 定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了电枢绕组线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷A和B。当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 电机内部的固定部分要有磁场。这个磁场可以是如下图示的磁铁，也可以是磁极铁心上绕套线圈，再通过直流电产生磁场。 磁极铁心上绕套的线圈每个磁极上有一个，也就是，电机有几个磁极就有几个励磁线圈，这几个线圈串联（或并联）起来就构成了励磁绕组。这里要注意各线圈通过电流的方向不可出错。 设原动机拖动转子以每分钟n转的速度转动，线圈的导体ab和cd分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应电动势，其大小与磁通密度 B 、导体的有效长度 l 和导体切割磁场速度 v 三者的乘积成正比，即 ，其方向用右手定则判断。 因为电刷A通过换向片引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边的电势，所以电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷能引出方向不变但大小变化的脉动电动势。 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势。 二、直流电动机的原理 对直流电机发电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。 如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。???? 实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。 直流电动机的工作原理归结如下： 将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。电机内部有磁场存在。载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f=Blia （左手定则）所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。 一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。 如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电势而作为直流电源对负载供电； 如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。