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1、直流电动机,主要内容,一、直流电动机的结构和工作原理 二、直流电动机的分类及特性 三、直流电动机的拖动 四、直流电动机的故障分析及维护,一、直流电动机的结构和工作原理,直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转机械。它与交流电动机（如三相异步电动机）相比，虽然结构比较复杂、生产成本较高、故障较多等，目前已不如交流电动机应用普遍，但由于它具有优良的调速性能和较大的启动转矩，仍得到广泛应用。本节仅就直流电动机的结构与工作原理、直流电动机的分类、直流电动机的启动与调速作介绍。,一、直流电动机的结构和工作原理,204.牵引机械(如电车、机械车、电瓶车等),及大型轧钢机中,一般都采用直流电动机而不是异步电
2、动机的原因是( )。 A异步电动机的功率因数较低 B异步电动机的调速性能很差 C异步电动机的起动转矩较小 D异步电动机的起动电流太大,B,一、直流电动机的结构和工作原理,（一）直流电动机的结构 直流电动机由定子和转子两部分构成，二者之间有空气隙。 1、定子,机座,磁极,励磁 绕组,转子,一、直流电动机的结构和工作原理,一、直流电动机的结构和工作原理,定子作用： 是产生主磁场和在机械上支撑电机。由主磁极、机座、电刷装置和轴承等组成。 主磁极由主磁极铁心和绕在上面的励磁绕组组成。主要作用是产生主磁场。极掌的作用是使通过空气隙的磁通分布合适，并使励磁绕组能牢固的固定在极芯上。 机座的作用是作为磁通的
3、通路，在上面安装主磁极，并通过端盖支持电枢部分。,一、直流电动机的结构和工作原理,2、转子,对于直流电动机转子的作用是产生机械转矩以实现能量的转换。 转子主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等组成。,一、直流电动机的结构和工作原理,电枢铁心的作用: 是通过磁通以减小磁路的磁阻和嵌放电枢绕组，一般用硅钢片叠压而成，呈圆柱形，表面冲了槽，电枢绕组嵌放在槽里面。为加快铁心的冷却，电枢铁心上有轴向通风孔。,电枢绕组的作用: 是产生感应电动势并通过电流，使电机实现能量的转换。绕组一般由铜线绕成，包上绝缘后嵌入铁心槽中，为防止离心力将绕组甩出槽外，用槽楔将绕组楔在槽内。,一、直流电动机的结构和工作
4、原理,换向器的作用： 是将电刷间的直流电势和电流转换为电枢绕组的交变电流，并保证每一磁极下，电枢电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。换向器由很多彼此绝缘的铜片叠合而成，这些铜片称为换向片，每个换向片都和电枢绕组连接。,转轴的作用： 是用来传递转矩，转轴一般用合金钢锻压而成。,13.直流电机中电枢的主要作用是( )。 A.将交流电变为直流电 B.实现电能和机械能的转换 C.改善直流电机的换向 D.在气隙中产生磁通,B,一、直流电动机的结构和工作原理,164.换向器在直流发电机中起（ ）的作用。 A. 交流电变直流电 B. 直流电变交流电 C. 保护电刷 D. 产生转子磁通,A,一、直流电动机的
5、结构和工作原理,直流电动机的主要结构图,一、直流电动机的结构和工作原理,直流电动机的磁极及磁路 1极芯；2极掌；3 励磁绕组；4 机座,一、直流电动机的结构和工作原理,直流电动机的电枢,一、直流电动机的结构和工作原理,换向器,1V形套筒 2云母片 3换向片 4联结片,一、直流电动机的结构和工作原理,（二）直流电动机的工作原理,右图是直流电动机的示意图。若在A、B之间外加一个直流电压，A接电源正极，B接负极，则线圈中有电流流过。当线圈处于右图所示位时，有效边ab在N极下，cd在S极上，两边中的电流方向为ab、cd。,直流电动机原理图,一、直流电动机的结构和工作原理,由安培定律可知，ab边和cd边
6、所受的电磁力为：F=BIL。式中，I 为导线中的电流，单位为安（A）。根据左手定则知，两个F的方向相反，形成电磁转矩，驱使线圈逆时针方向旋转。当线圈转过180时，cd边处于N 极下，ab边处于S 极上。由于换向器的作用，使两有效边中电流的方向与原来相反，变为dc、ba，这就使得两极面下的有效边中电流的方向保持不变，因而其受力方向、电磁转矩方向都不变。,直流电动机原理图,一、直流电动机的结构和工作原理,由此可见，正是由于直流电动机采用了换向器结构，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩作用下使电枢按逆时针方向旋转。这时电动机可作为原动机带动生产机械旋转，即由电动机向机械负载输出机械功
7、率。,一、直流电动机的结构和工作原理,直流电动机的电枢绕组中的电流与磁通相互作用，产 生电磁力和电磁转矩，电磁转矩的大小为 ：T=KtIa 其中，T-电磁转矩(N*m) -主磁极的磁通 (Wb) Kt - 与电动机结构有关的常数 Ia -电枢电流（A）,另外，当电枢在磁场中转动时在线圈中也要产生感应电动势，此电动势的方向（右手定则可定）与电流的方向总是相反的，故称之为反电动式，大小为： E= Ken E-反电动势(V) -主磁极的磁通 (Wb) Ke- 与电动机结构有关的常数 n-电枢转速,一、直流电动机的结构和工作原理,68.直流电机的最基本的工作原理是什么? 直流发电机通常是作为直流电源,
8、向负载输出电能,直流电动机则是做为原动机,向负载输出机械能,虽然它们的用途各不相同,但它们的结构基本上相同,它们是根据两条最基本的原理制造的,一条是:导线切割磁通产生感应电动势而发电成为发电机;另一条是:载流导体在磁场中受到电磁力的作用而转换成为电动机。,一、直流电动机的结构和工作原理,（三）直流电机的铭牌数据,凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。 额定电压 UN（ V）： 在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。 额定电流IN （A）： 在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。,
9、一、直流电动机的结构和工作原理,额定功率（额定容量）PN （kW）： 电机在额定情况下允许输出的功率。 额定转速nN（rmin）： 在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。 额定效率N ： 输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率。,一、直流电动机的结构和工作原理,（四）直流电机的磁场和换向,1、直流电机的磁场 直流电机运行时除了主磁极外，若电枢绕组中有电流流过，还将产生电枢磁场。这两个磁场在气隙中相互影响，相互叠加，合成了气隙磁场。它将直接影响电机的电枢电势和电磁转矩。 直流电机的空载磁场 直流电机负载时的磁场 直流电机的电枢反应,一、直流电动机的结构和工作原理,（1）直流电机的磁路,
10、（a）两极 （b）四极,一、直流电动机的结构和工作原理,（2）直流电机的空载磁场,一、直流电动机的结构和工作原理,（3）直流电机负载时的磁场,电机负载运行时，电枢绕组中有电流流过，它将产生一个电枢磁势。电机的气隙磁场是由主极磁势和电枢磁势共同建立的。,（a)电枢磁场,（b）电枢磁动势和磁场分布,一、直流电动机的结构和工作原理,（4）直流电机的电枢反应,负载时电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。负载时的合成磁场如图所示。 电枢反应的性质 气隙磁场发生畸变， 对主磁场有去磁作用。,直流电机负载时的合成磁场,一、直流电动机的结构和工作原理,12.直流电机带上负载后，气隙中的磁场是( )。 A.由主极
11、磁场和电枢磁场叠加而成的 B.由主极磁场和换向磁场叠加而成的 C.由主极产生的 D.由主极磁场、换向磁场和电枢磁场叠加而成的 15.直流发电机的电磁转矩是( )，其方向与电枢旋转方向( )；直流电动机的电磁转矩是( )，其方向与电枢旋转方向( )。,D,制动转矩,相反,驱动转矩,相同,一、直流电动机的结构和工作原理,101.什么叫电枢反应？它对电机产生哪些影响？ 电枢反应”就是电枢磁场对主磁场的影响。产生的影响包括：使主磁场发生畸变，磁力线不再对称于磁极轴线；物理中线偏离任何中线不再重合，任何中线处磁场不再为0；削弱了主磁场。这些影响将对直流电机的正常运行产生恶劣作用，必须设法消除。,一、直流
12、电动机的结构和工作原理,2、直流电机的换向 换向是指电机旋转时，电枢绕组元件从一条支路，经过电刷短路，进入另一条支路，其电流方向改变的过程。换向的外观表现是在电刷和换向器间常出现火花。若火花在电刷下的范围很小，亮度很弱，呈现兰色，对电机并无危害。若电刷下火花范围较大、比较强烈，对电机会有危害。 改善换向的方法 ： 安装换向极 正确选用电刷 移动电刷的位置（直流发电机应顺电机旋转方向来移动电刷;对直流电动机应逆电机旋转方向来移动电刷）,一、直流电动机的结构和工作原理,234.直流电机的换向磁极的作用是( )。 A.产生主磁通 B.产生换向电流 C.改变电流换向,37.当采用移动电刷位置的方法来改
13、善换向条件,减小电刷与换向器间的火花时,对直流发电机应顺电机旋转方向来移动电刷;对直流电动机应逆电机旋转方向来移动电刷。 ( ),156.由于直流电机需要换向，致使直流电机只能做成（ ）式。 A. 电枢旋转 B. 磁极旋转 C. 罩极 D. 隐极,235.直流电机的换向电流愈大，换向时火花( )。 A.愈强 B.愈弱 C.不变,（这样减小换向器中的附加电流）,A,C,A,一、直流电动机的结构和工作原理,14.直流电机改善换向常用方法为( )、( )和( )。 66.直流电机换向火花过大的主要原因有哪些? 答：直流电机换向火花过大的主要原因有： (1)电刷与换向器接触不良。 (2)刷握松动或安置
14、不正。 (3)电刷与刷握配合太紧。 (4)电刷压力大小不均。电刷压力应为0.015MPa0.025MPa。 (5)换向器表面不光洁或不圆。 (6)换向片间云母凸出。 (7)电刷位置不正确。 (8)电刷磨损过度或所用牌号与技术要求不符。,选用适当的电刷,移动电刷的位置,加装换向磁极,一、直流电动机的结构和工作原理,(9)过载或负载剧烈波动。 (10)换向线圈短路。 (11)电枢过热，致使绕组与整流子脱焊。 (12)检修时将换向线圈接反。这时需用磁针试验换向极极性，若接错，应纠正。换向极与主磁极极性关系为：顺电机旋转方向，发电机为n-N-s-S；电动机为n-S-s-N(小写n，s表示换向极)。,一
15、、直流电动机的结构和工作原理,（五）电压平衡方程式,因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。 以上公式反映的概念： (1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。 (2)若忽略绕组中的电阻Ra，则可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变 可调速。,U：外加电压 Ra:绕组电阻,E= Ken,一、直流电动机的结构和工作原理,（六）转矩平衡方程式,电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即 转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。,一、直流电
16、动机的结构和工作原理,电磁功率 PM = P2 +P0 = P2 + Pmec +PFe 功率平衡方程式 P1 = P2 + PCu2 +PFe + Pmec = P2 +p,（七）功率平衡方程式,二、直流电动机的分类及其特性,在直流电动机中，除了必须给电枢绕组外接直流电源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电，也可以由一个公共电源供电。按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他励、并励、串励和复励等形式。由于励磁方式不同，它们的特性也不同。 （一）他励直流电动机 他励电动机的励磁绕组和 电枢绕组分别由两个电源供电， 如右图所示。他励电动机由 于采用单独
