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直流电机的结构与工作原理

  直流电机的结构与工作原理_其它_职业教育_教育专区。直流电机篇 1 第二十章 直流电机的基本 工作原理与结构 2 本章主要内容 第一节 直流电机的基本工作原理 第二节 直流电机的基本结构 第三节 直流电机的型号与额定值 *第四节 直流电机的电枢

  直流电机篇 1 第二十章 直流电机的基本 工作原理与结构 2 本章主要内容 第一节 直流电机的基本工作原理 第二节 直流电机的基本结构 第三节 直流电机的型号与额定值 *第四节 直流电机的电枢绕组 3 概述 直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电 机即可作发电机使用,也可作电动机使用。 作发电机可获得直流电源,作电动机,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。 4 直流电机的用途 作电源用:直流发电机将机械能转化为直流电能。 5 直流电机的用途 作动力用:直流电动机将直流电能转化为机械能。 6 直流电机的用途 测速 伺服 信号传递-直流伺服电动机将控制电信号转换为 机械信号。 信号传递:直流测速发电机将机械信号转换为电信 号。 7 直流电机的用途 做励磁机用 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其励磁机。 8 直流电机的特点 ? 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,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。 9 直流电机的物理模型 10 直流电机的物理模型 一般直流电机磁极固定,电枢旋转。固定部分(定 子)上,装设静止的主磁极,旋转部分(转子)装 设电枢铁心。 定子与转子之间有气隙。电枢铁心上放置电枢绕组, 线圈的首端和末端分别连到换向片。 11 直流电机的物理模型 ? 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。换向片上放置固定不动的电刷。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。 12 直流电机的基本原理 直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。 N、S为定子磁极,abcd 是固定在可旋转导磁圆柱体 上的线圈,线圈连同导磁圆 柱体称为电机的转子或电枢。 线圈的首末端a、d连接到两 个相互绝缘并可随线圈一同 旋转的换向片上。转子线圈 与外电路的连接是通过放置 在换向片上固定不动的电刷 进行的。 直流发电机的物理模型 13 直流发电机的工作原理 导体ab在N极下,a点高 电位,b点低电位。 导体cd在S极下,c点高电 位,d点低电位。 电刷A极性为正,电刷B 极性为负。负载上电流方向 是由A流向B。 直流发电机的物理模型 注:电源内部电势由低电位指向高电位 14 直流发电机的工作原理 原动机驱动电机转子逆时针旋转180度: 导体ab在S极下,a点低 电位,b点高电位。 导体cd在N极下,c点低 电位,d点高电位。 电刷A极性仍为正,电刷 B极性仍为负。 直流发电机的物理模型 15 直流发电机的工作原理 结论:和电刷A接触的导体总是位于N极下,和电刷B 接触的导体总是位于S极下,因此电刷A的极性总是正 的,电刷B的极性总是负的,在电刷A、B两端可获得 直流电动势。但此电动势在零和最大值之间脉动,波 动太大,不能做直流电源。(动画) 16 直流电机电势波形图 电刷间的电动势波形 17 直流发电机的工作原理 18 直流发电机的工作原理 两线圈串联后的合成电势 与原有线电角度再设置一个线圈,其两端 各接有换向片,并与原有换向片A、B相距90电角度, 换向器包含4片换向片,相邻换向片间各相距90电角 度。 当电枢旋转时,两个线圈的感应电势在时间相位上 相距90电角度 。 19 直流发电机的工作原理 图 20-4两线圈串联的合成电势 结论:两线圈串联的合成电势脉动幅值减小。 20 直流发电机的工作原理 电枢导体数增加,可 减小感应电动势脉动幅 值。 图20-5电枢绕组的导体数增加图 21 直流发电机的工作原理 增加导体减小感应电势脉动。当每极下导体数大于 8时,脉动可小于1%。 图20-6 导体数增加后感应电动势脉动很小 直流发电机实质是带换向器的交流发电机。 22 直流发电机的工作原理 把电枢元件数和相应的换向片数增多,就 可减少电动势的脉动程度。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有 多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同 位置,按照一定的规律连接起来,构成电机 的电枢绕组。 磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。 合成电势脉动很小,可以认为是平直的。 23 直流电动机的工作原理 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 把电刷A、B接到直流电 源上,电刷A接正极,电刷 B接负极。此时电枢线圈中 将电流流过。 在磁场作用下,N极性下 导体ab受力方向从右向左, S 极下导体cd受力方向从左 向右。该电磁力形成逆时针 方向的电磁转矩。当电磁转 矩大于阻尼转矩时,电机转 子逆时针方向旋转。 直流电动机的物理模型 24 直流电动机的工作原理 当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S 极下,受力方向从左向右, 原S 极下导体cd转到N极下, 受力方向从右向左。该电磁 力形成逆时针方向的电磁转 矩。线圈在该电磁力形成的 电磁转矩作用下继续逆时针 方向旋转。 直流电动机的物理模型 同直流发电机相同,实际的直流电动机的电枢并非 单一线圈,磁极也并非一对。 25 直流电动机运行时的几点结论 外施电压、电流是直流,电枢线圈内电流是 交流; 线圈中感应电势与电流方向相反; 线圈是旋转的,电枢电流是交变的,电枢电 流产生的磁场在空间上是恒定不变的; 产生的电磁转矩与转子转向相同,是驱动性 质。 26 直流电机的可逆原理 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,就可从电 刷端引出直流电动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,则电机 就可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。 27 第二节 直流电机的基本结构 定子:主磁极,换向极,机座,端盖,轴承, 电刷 转子:电枢铁心,电枢绕组,换向器,转轴, 风扇 气隙 28 直流电机的基本结构 1.定子部分 ? 主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等。 29 图20-8 直流电机的结构装配图 励磁绕组和串换向 极后的电枢绕组出 线 直流电机定子 定子机座 换向极铁心 换向极绕组 主磁极铁 心 主磁极绕组 (励磁绕组) 换向极绕组与 励磁的串联接 线 直流电机的基本结构 (1)主磁极 ? 作用:建立主磁场。由主磁极铁心和套装在 铁心上的励磁绕组构成。 图20-10 主磁极结构 31 直流电机的基本结构 ? 主磁极铁心靠近转子一端扩大的部分称为极靴,作 用是减小气隙磁阻,改善主磁极磁场分布,并使励 磁绕组易固定。 ? 为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗,主 磁极铁心采用1~1.5mm的低碳钢板冲压一定形状 叠装固定而成。 ? 主磁极上有励磁绕组。主磁极个数一定是偶数,励 磁绕组的连接必须使相邻主磁极的极性按 N、S 交 替出现。 32 直流电机的基本结构 (2)机座 功能:主磁极的一部分,电机的结构框架。 (3)端盖 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转 子,将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起 防护作用。 33 直流电机的基本结构 (4)换向极 图18-11 换向极结构 34 直流电机的基本结构 (5)电刷装置 ? 电枢电路的引出(或引入)装置,由电刷,刷握, 刷杆和连线 刷辫 电刷 刷握 汇流条 图20-12 四极直流电机的电刷布置 36 直流电机的基本结构 转子部分 端盖 轴 电枢铁心 电枢绕组 和槽碶 电枢绕组 端部 换向器 轴承 37 直流电机的基本结构 ? 又称电枢。 ? 组成:铁心、绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。 (1)铁心 ? 电枢铁心既是主磁路部分,又是电枢绕组支撑部分; 绕组嵌放在铁心的槽内。为减少铁心的涡流损耗, 铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为 DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成。 38 电枢铁心 电枢绕组 均匀开槽 图20-14 直流电枢的铁心模型 涂绝缘漆冲 片叠压而成 电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚) (硅钢片) 39 直流电机的基本结构 (2)电枢绕组 电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规 律连接组成,是直流电机的电路部分,也是感生 电动势产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。 (3)换向器 整流或逆变作用,是电机的关键部件之一。 40 图20-16 换向器 41 直流电机的励磁方式 直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁 方式。 他励 直流电机按励磁方式可分: 自励 42 直流电机的励磁方式 他励式 励磁绕组由其他电源供电,励磁绕组与电枢绕组 不相连。 自励式 发电机 利用自身发出的电流励磁,电动机的 励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电。 并励式: 励磁绕组与电枢绕组并联。 串励式: 励磁绕组与电枢绕组串联。 复励式: 装有两个励磁绕组,一为与电枢并联的并 励绕组,二为与电枢串联的串励绕组。 43 直流电机的励磁方式 发电机 他励 44 直流电机的励磁方式 电动机 他励 45 直流电机的励磁方式 - + 并励式 46 直流电机的励磁方式 - + 串励式 47 直流电机的励磁方式 - + 复励式 48 直流电机的励磁方式 49 直流电机的额定值 (1)额定功率PN 指电机在铭牌规定的额定状态下运行时,电机的 输出功率,单位是W、kW 或 MW 。 对直流发电机,PN指输出的电功率,PN=UNIN 。 对直流电动机,PN指输出的机械功率,PN= UNINηN。 (2)额定电压 UN 指额定状态下电枢出线端的电压,单位为V。 50 直流电机的额定值 (3)额定电流 IN 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值, 单位为A。 (4)额定转速 nN 指额定状态下运行时转子的转速,单位为r/min。 (5)额定励磁电流 If 指电机在额定状态时的励磁电流值。 51 本章内容结束 THANKS 52

时间:2020-05-28 23:55