直流电机的用途、基本工作原理和结构.ppt

第六章 直流电机的用途、基本工作原理与结构,6-1 直流电机及其用途,励磁机,测速,伺服,直流电机的用途,直流电机的用途,直流电机分为电动机和发电机。,直流发电机把机械能转化为电能；直流电动机把电能转化为机械能。,直流发电机主要做直流电源用；直流电动机广泛应用于电力机车、重型机械及轧钢机等动力装置中。,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，启动和制动转矩较大。调速时的能量损耗较小。易于控制，可靠性高。换向困难，使直流电机容量受到限制。,6-2 直流电机的基本工作原理,1、直流电动势的产生,电磁感应定律：e=Blv,满足右手定则,eBA 为随时间正负交变的电动势,结论：,1、直流电动势的产生,结论：由于静止电刷和旋转换向器的作用，eBA为脉动的直流电动势。,2、平均电磁转矩的产生,电磁力定律：f=Bil,满足左手定则,以单线圈简化模型为例，进行分析。,显然，在电刷间接入直流电源后，在线圈中就有直流电流流过。,2、平均电磁转矩的产生,2、平均电磁转矩的产生,直流电机换向器将外部的直流电变成了内部交替变化的电流。,图中电刷相对于磁极的位置保证不变，无论线圈边处在N极下，还是S极下，线圈电流均产生逆时针方向的电磁力矩，从而使转子获得了一个固定方向的电磁转矩。,直流电机的物理模型,电势正方向：abcdB+,A-,直流发电机的工作原理,（1）换流过程,无感应电势,电势正方向：dcbaB+,A-,线圈也要产生电磁转矩，与转子方向（拖动转矩）相反。,（2）直流发电机运行时的几点结论,电枢线圈内电势、电流方向是交流电；电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致；从空间看，电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；产生的电磁转矩T与转子转向相反，是制动性质；,直流电动机的工作原理,（1）换流过程,电流正方向：dcba转矩方向：顺时针电势方向：abcd,电流正方向：dcba转矩方向：电势方向：,电流正方向：abcd转矩方向：顺时针电势方向：dcba,（2）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T与转子转向相同，是驱动性质；,直流电机的可逆原理,同一台直流电机，通过改变外界条件，可当发电机运行，也可当电动机运行。,6-3 直流电机的主要结构,定子和转子,1、定子部分,定子通常指磁路中静止部分及其机械支撑，包括机座、磁轭、主磁极、换向极等。,一、机座和磁轭：固定主极及端盖，也作为磁轭构成一部分磁路（定子磁轭）。由铸钢或钢板焊接而成，使具有良好的导磁性能和机械性能。,二、主磁极,主磁极作用：产生气隙磁场，并使电枢表面的气隙磁通密度B按方波沿空间分布。,1、定子部分,极靴作用：卡住励磁绕组；使主磁通在气隙中分布合理。,主磁极结构,主磁极叠片,思考：主磁极为何用冲片叠装？极靴有何作用？,1、定子部分,有极靴气隙磁通分布合理,无极靴气隙磁通分布不合理,主磁极铁心：主磁通交变产生铁耗，为减少铁耗，采用叠片结构。铁芯用0.51.5mm的钢板冲片叠压紧，然后再套上励磁绕组。,1、定子部分,1、定子部分,1、磁极表面对应电枢齿槽，齿槽单复数不同，磁极表面对应槽时气隙大，磁通小；磁极对应齿时气隙小，磁通大。电枢移动时，脉振，产生少许铁耗。,磁通交变的原因：,2、电枢旋转经过N、S极，如右图所示，电枢中有交变磁通。,1、定子部分,绕制好的励磁绕组套在铁芯外,励磁绕组 可用圆截面或矩形截面的绝缘导线绕在绕组框架上，经浸胶（漆）及烘干后一起套入主磁极铁芯。各主极上的励磁绕组彼此间用串联方式连接，保证各磁极电流相等。线圈绕向不同，使磁极N、S交替。,1、定子部分,换向极作用：帮助换向。,三、换向极,换向极形状比较简单，常用厚钢板略加刨削而成，但在要求高的场合也要求用钢片叠装而成。,换向极上装有换向极绕组，一般由粗的扁铜线绕成，总是与电枢绕组串联的。,1、定子部分,电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座（摇环）组成。电刷（石墨）放在刷握上的刷盒内，用弹簧将它压紧在换向器上，而刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上（不止一个电刷），必须绝缘。刷杆座可转动，调节好与换向器的对应接触位置后，固定在端盖或机座上。铜丝辫是外部电源与电刷的连接线。,四、电刷装置,1、定子部分,2、转子部分,一、电枢铁心,转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承。,电枢铁芯固定在转子支架上或直接固定在转轴上，提供主极下磁通的通路。,由电枢铁心和主磁场间的相对运动，导致铁耗，通常由0.5mm厚的电工硅钢片冲叠，每张冲片有嵌放绕组的槽。,2、转子部分,2、转子部分,二、电枢绕组,电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成。它是直流电机的主要电路部分。,电动机通电流产生电磁转矩，发电机感应产生电动势都在电枢绕组中，它是实现机电能量转换的关键部件。,电枢绕组实物图,2、转子部分,电枢槽横截面,线圈伸出槽外的端接部分，用非磁性钢丝或玻璃丝带紧，防止离心力将绕组甩出槽内。,槽楔把绕组压紧在槽内，防止离心力将绕组甩出槽内。,2、转子部分,三、换向器,换向器与电枢首尾相连，随轴转动。换向器由换向片组成，电枢中每个线圈两端分别焊接在两个换向片上。,换向器的作用是与电刷装置相配合，使电枢线圈中的交流电动势转换成电刷间的直流电动势。,换向片之间用0.41.2mm的云母片绝缘，换向片嵌入V形套筒，V形套筒又套在轴上，与电枢同轴转动。,2、转子部分,直流电机的基本结构总结,主要由定子和转子两部分组成,3、直流电机的铭牌数据,4、直流电机的额定值,额定容量PN（kW）：输出功率；,额定电压UN（V）：额定状态下出线端电压；,额定电流IN（A）：额定状态下出线端电流；,额定转速nN（r/min）：额定状态下的电机转速；,励磁方式：有并励、串励、复励和他励等。,5、直流电机按励磁方式的分类,1）他励式（电机需要两套电源）他励式的励磁绕组由另外一个电源供电励磁。永磁式直流电机因其主磁场由永久磁铁建立，属于他励式。,他励式,5、直流电机按励磁方式的分类,2）自励式（电机只需一个电源）,励磁绕组与电枢绕组按一定的关系相连接，对直流电动机而言励磁绕组和电枢绕组由同一电源供电；对发电机而言，励磁电流由该电机电枢供电。,按励磁绕组与电枢绕组的连接方式分为：并励、串励和复励。,5、直流电机按励磁方式的分类,电动机电流关系：I=Ia+If,发电机电流关系：Ia=I+If,并励式,并励,5、直流电机按励磁方式的分类,Ia=I=If,串励电机电流关系：,串励式,串励,5、直流电机按励磁方式的分类,复励式,复励：有两套励磁绕组，一个与电枢绕组 并联，另一个与电枢绕组串联。,当产生的磁动势F1和F2方向相同时是积复励；方向相反时是差复励。,X6-2,本章习题,