2007本科电机学之直流电机.ppt

直流电机换向器 * 第一篇?? 直流电机 直流电机是电机的主要类型之一。 一台直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用。 用作发电机可以将机械能转化为直流电能，获得直流电源。 用作电动机，将直流电能转化为机械能。 用作直流控制电机：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电信号转换为机械信号。 一. 直流电机的用途 概 述 二. 直流电机的优缺点 直流发电机的电势波形较好，受电磁干扰的影响小。 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，起动和制动转矩较大。 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。 第 1 章 ?? 直流电机的基本工作原理和结构 1－1?? 直流电机工作原理 一、直流电机的原理图是怎样的？ ??? 磁极对 N、S 不动 线圈 （绕组）abdc 旋转 换向片1、2 旋转 电刷A、B及出线不动 二、直流发电机原理怎样的？ 定子上的励磁绕组通过直流励磁电流时产生恒定磁场（励磁磁场，主磁场）； 原动机带动转子上的线圈（电枢绕组）旋转，切割主磁场 电枢线圈的导体中将产生感应电势? e = B l v ； 通过换向器与电刷的作用，可以引出直流的端电势，以 便输出直流电能。 三、直流电动机工作原理是怎样的？ 将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢导体有电流 ia 通过。 电机内部有磁场存在。 每根载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f = B l ia 所有导体产生的电磁力作用于转子上产生电磁转矩，以便拖动机械负载旋转。 问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的是什么性质？ 问题1-2：直流电机通过电刷两端的感应电势的是什么性质？ 磁场分布波形 电枢导体或线圈电势波形 电刷引出的电势波形 问题1-3：直流发电机如何得到幅值较为恒定的直流电势？ 为了得到稳定的直流电势，电枢圆周上一般有多个线圈分布在不同的位置，并通过多个换向片联接成电枢绕组。 以原始的环形绕组进行分析 。 如图所示，从电刷引出的电势不再是一个线圈的电势，而是一个极域内所有线圈电势之和，是比较稳定的。 N S N S 电刷直接与导体直接接触，会导致电枢导体磨损。 电刷一般通过换向器与电枢绕组导体接触，避免导体磨损。 在原始电机中，电刷将闭合的电枢绕组分成两个并联的支路。 电刷引出的电势为两条支路的并联电势。 从图中不难分析得到：电刷应该与连接处于几何中性线上导体的换向片相接触。 问题1-4：直流电机电枢的正常位置是什么？ 1－2? 直流电机的基本结构 一、直流电机的大致结构是怎样的？ 二、定子部分包括哪些部件？ 主磁极：建立主磁场。由主磁极铁心（1~1.5mm钢片叠装）和励磁绕组构成。极靴：改善主磁场分布，协助固定励磁绕组。主磁极是偶数，相邻磁极的极性按N，S 极交替出现。 换向极：相邻主磁极之间的小磁极。改善换向。换向极绕组和电枢绕组串联，流过较大的电流，有较大的截面。 机座： 磁轭＋底座。构成主磁路和电机框架。一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件制成。 端盖：装在机座两端。内有轴承，支撑转子。防护作用。 电刷装置：是电枢电路的引出（或引入）装置，电刷＋刷握＋刷杆＋连线。 三、转子部分包括哪些部件？ 电枢铁心：组成磁路，支撑绕组。电枢槽。铁心用0.5mm硅钢片叠压冲片也可沿轴向分成几段，构成径向通风道。 电枢绕组：电枢线圈按一定的规律连接组成。是产生感应电势和电磁转矩，实现机电能量转换主要部件。上、下层嵌放。 换向器 ：发电机中换向器起整流作用；电动机中，换向器起逆变作用。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，电枢线圈首端和尾端各接一个换向片。 1－3 电枢绕组 直流电机中至少有两套绕组：励磁绕组和电枢绕组。 励磁绕组用来产生主磁场，为集中绕组； 电枢绕组切割磁力线，是机电能量转换的关键部件，是分布绕组。 稍大一点的直流电机还有换向极绕组和补偿绕组，其作用将在相关章节介绍。 一、直流电机上有哪些绕组？ 二、电枢绕组做成环形有什么缺点？ 环内的部分不切割磁力线，即不参与机电能量转换，铜材利用率太低。 现在电机都采用鼓形绕组。 N S 三、直流电机的电枢绕组的相关概念 鼓形电枢绕组为双层，按照连接规律不同，分为叠绕组和波绕组两类。 每个绕组元件（线圈）的两个端头分别与两个换向片相连。每个换向片又连接某两个线圈端头，换向片数 K = 线圈数S。 实际电机中，每槽中可能有不止两个线圈边，每两个边等效为一个“虚槽”。 虚槽数Zu=线圈数S=换向片数K 。 第一节距