第8讲直流电动机.ppt

第8章 直流电动机 8.1 直流电动机的结构与工作原理 8.2 直流电动机的分类和铭牌数据 8.3 直流电动机的机械特性 8.4 直流电机的起动、制动和调速 思考题与习题 8.1 直流电动机的结构与工作原理 8.1.1 直流电动机的结构 直流电动机主要由定子和转子两大部分组成， 定子与转子之间有很小的气隙。 其结构示意图如图8-1所示。 1.定子 定子由机座、 主磁极、 换向磁极、 端盖和电刷装置等部分构成， 如图8-2所示。 机座用来放置主磁极和换向磁极， 同时它也是磁路的一部分， 起导磁作用， 用铸铁或铸钢制成。 机座的两边各有一个端盖， 端盖的中心是空的， 用以装转轴。 主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成， 可以是一对、 两对、 三对等。 当励磁绕组通以直流电时， 产生恒定的磁场， 改变电源电流的极性即可改变磁场的方向。 主磁极铁心一般都采用电磁铁， 由直流电流来励磁。 只有小直流电机的主磁极才用永久磁铁， 这种电机称为永磁直流电机。 换向磁极由换向磁极铁心和绕组构成， 与主磁极交替放置。 它的作用是产生附加磁场， 改善换向性能。 1 kW以下的直流电机一般换向磁极的个数较少或不装换向磁极， 超过1 kW的直流电动机都装换向磁极。 电刷装置的作用是把转子电路与外电路连接起来， 由电刷、 刷盒、 铜丝辫、 压紧弹簧等构成。 电刷架装在端盖上， 可以移动， 用以调整电刷的位置。 2.转子 直流电动机的转子习惯上称为电枢， 如图8-3所示， 由电枢铁心、 电枢绕组、 换向器、 转轴和风扇等组成。 电枢铁心与交流电动机一样， 也是用硅钢冲压成片叠成的， 冲片之间要相互绝缘， 表面有许多均匀分布的槽， 用来嵌放电枢绕组。 电枢铁心是整个磁路的一部分。 电枢绕组由多个线圈按一定的规律连接起来， 嵌放在电枢铁心的槽内， 线圈的两端与换向器按规律连接。 电枢绕组是直流电机的电路部分， 用来产生感应电动势、 感应电流和电磁转矩。 换向器是直流电机一个比较重要的部件， 装在转轴的一 端， 它与电刷一起将外加的直流电变换成交流电， 提供给转子电路。 换向器由许多铜质换向片叠成圆柱体， 每个换向片套在云母绝缘套筒中， 所有套有云母绝缘套的换向片嵌放在金属套筒中， 固定成一个整体后浇铸成型。 8.1.2 直流电动机的工作原理 直流电动机与交流电动机原理大致相似， 也是基于电磁感应的原理， 使得转轴受到一个力的作用旋转起来。 1.转动原理 我们以最简单的电动机模型来说明电动机的转动原理。 如图8-4所示， N、 S为一对主磁极， 通过直流电源励磁产生恒定磁场， 励磁绕组未画出。 电枢绕组只画了一个线圈， 1、 2为两个换向片， 与电枢绕组相连， A、 B两个电刷与外电路相连。 直流电动机接通直流电源之后， 电刷两端加了一个直流电压， A刷为正， B刷为负， 换向片1与A刷相接触， 直流电流Ia从A刷流入， 经换向片1、 线圈abcd、 换向片2和电刷B流出， 形成一个回路。 利用左手定则， 可以判断电枢绕组的ab边和cd边都受到电磁力的作用， 如图8-4所示， ab边受到的力向左， cd边受到的力向右， 这一对力对电枢产生电磁力矩， 使得电枢沿逆时针方向转动起来。 电枢转了180°之后， ab边在下， cd边在上， 因为电刷不动， 换向片与电枢一起转动， 所以此时换向片1转到下方与B刷相接触， 换向片2转到上方与A刷相接触， 电源电流Ia从正极性端到A刷， 经换向片2、 线圈dcba、 换向片1， 从电刷B流出， 形成一个回路， 此时， 电枢绕组中的电流已经反向， 根据左手定则可以判断， 电枢的电磁转矩不变， 仍然是逆时针方向， 所以转轴旋转方向不变。 以上分析表明， 电刷和换向器的作用是将电源的直流电及时转换成交流电送给电枢绕组， 以保证电枢的电磁转矩方向不变， 电动机按一定方向旋转。 2.电磁转矩 直流电动机的电磁转矩T是由电枢绕组通入直流电后， 在主磁场的作用下使得电枢绕组的导体受到力F的作用而形成的。 根据电磁力定律， 电枢绕组通入直流电后， 每根有效导体受到的力可以表示为 F=BIl