直流电机的基本工作原理与结构.ppt

直流电机 本章主要介绍直流电机的基本结构及工作原理，讨论直流电机的磁场分布，感应电动势的产生条件及性质，电磁转矩，电枢反应及其对电机的影响，电机的换向及改善换向的方法并从应用的角度分析直流电动机的励磁方式和工作特性。并用案例的形式介绍了直流电动机典型故障的分析处理。 直流电机的基本工作原理与结构 1.1 直流电机的基本工作原理与结构 1.1.1 直流电机的基本工作原理 直流电机分为直流电动机和直流发电机两大类，其工作原理可通过直流电机的简化模型进行说明。 直流发电机的工作原理 N, S为固定磁极，abcd是转子线圈，首端a，末端d连接到换向片上。电刷将转子线圈与外部联系。定、转子间有气隙。 直流发电机的工作原理 感应电动势方向：右手定则确定。 （a）图a点高电位，b点低电位；c点高电位，d点低电位，电刷A为正，电刷B为负。 （b）图为a点低电位，b点高电位；c点低电位，d点高电位。此时导体中的感应电动势方向已改变，但由于电刷位置没变，因此电刷A的极性仍为正，电刷B的极性仍为负。 即：导体中感应电动势方向是交流的，而电刷两端可获得直流电动势输出。 2.直流电动机的工作原理 将电刷接到直流电源上，A正B负，在线圈中有电流流过。如图1.2（a），设线圈的ab边位于N极下，cd边位于S极下，则导体每边所受电磁力的大小为 （1-2） 式中Bx为导体所在处的磁通密度；L为导体有效长度；I为导体中流过的电流；f为电磁力。 直流电动机的工作原理 1.1.2 直流电机的基本结构 直流电机由定子（固定不动）与转子（旋转）两大部分组成，定子与转子之间有空隙,称为气隙。 定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装置；转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件。 下面介绍直流电机主要部件的作用与基本结构，如图1.3所示。 直流电机的基本结构 1．定子部分 （1）机座 作用：固定主磁极、换向极、端盖等，是电机磁路的一部分（称为磁轭）。 材料：铸钢焊接，具有良好的导磁性能和机械强度。 （2）主磁极 作用：产生气隙磁场。 组成：主磁极铁心：极靴做成圆弧形，使气隙磁通均匀。极身上套有产生磁通的励磁绕组。 材料：铁心由1.0~1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成。 直流电机的基本结构 （3）换向极 作用：改善换向。 组成：铁心、绕组。 材料：铁心用整块钢制成，如要求较高，则用1.0~1.5mm厚的钢板叠压而成；绕组用粗铜线绕制，流过的是电枢电流。 安装位置：在相邻两主极之间。 直流电机的基本结构 （4）电刷装置 作用：连接；交流、直流变换。 组成：电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫构成，如图1.6所示。电刷组的个数，一般等于主磁极的个数。 2．转子部分 （1）电枢铁心 作用：磁路的一部分。 结构：用0.5mm厚、两边涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成。其外圆周开槽，用来嵌放电枢绕组。 转子部分 （2）电枢绕组 作用：产生感应电动势、通过电枢电流，它是电机实现机电能量转换的关键。 组成：绝缘导线绕成的线圈（或称元件），按一定规律连接而成。 2．转子部分 （3）换向器 作用：绕组中电流换向。 组成：多个压在一起的梯形铜片构成的一个圆筒，片与片之间用一层薄云母绝缘，电枢绕组各元件的始端和末端与换向片按一定规律连接。换向器与转轴固定在一起。 1.1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列 1．直流电机的铭牌数据 什么是铭牌数据：凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值，也称为铭牌数据。 铭牌数据的意义：铭牌数据规定了电机的正常运行状态和条件，是正确合理选择、使用电机的依据。 直流电机的额定值 （1）额定功率：是发热限制的最大输出功率，对发电机系指出线端输出的电功率。对电动机系指转轴上输出的机械功率。单位为W或kW。 （2）额定电压：是指绝缘不被损坏的最高工作电压。单位为V。 （3）额定电流：是指电机在额定电压下，运行于额定功率时的电流值。 （4）额定转速：是指对应于额定电压、额定电流、电机运行于额定功率时所对应的转速。单位为r／min。 电动机的合理运行 实际运行参数：由负载大小来决定。 超过额定值运行：降低使用寿命，甚至损坏电机，一般不允许电机超过额定值运行。 过分低于额定值运行：能力没有得到充分利用，效率降低，不经济。 所以应根据负载情况合理选用电机，使电机接近于额定运行情况运行，才是经济合理的。 2．直流电机系列 Z3系列：为一般用途的小型直流