直流电机1汇编

《直流电机1汇编》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电机1汇编（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一篇 直流电机 直流电机概述 q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。用作发电机可以获得直流电源，用作电动机，由于其具有良 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。 一. 直流电机的用途 作电源: 直流发电机将机械能转化为直 流电能。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 作动力用:直流电动机 将直流电能转化为机械能； 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 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

2、。 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 直流电机的工作原理和结构 1-1 直流电机工作原理 一、原理图(物理模型图) 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（机械能-直流电能） 定子（不动部件）上的励磁绕组通过直流电流 (称为励磁电流 If ) 时产 生恒定磁场（励磁磁场，主磁场）； 原动机带动电枢线圈旋转， 切割主磁场 B , 转速n(r/min)； 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

3、电刷的作用， 可以引出直流的端电势EAB， 以便输出直流电能。 问题1-1：直流电机电枢单个导体中感应电势的性质？ 问题1-2：直流电机通过电刷引出的感应电势的性质？ 气隙磁场分布 波形 线圈导体电势 波形 电刷引出电势 波形 直流电机展开图 及气隙磁场分布 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，直流电机的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。以前曾使用环形绕组 。 原始的环形绕组 电刷直接与导体接触电刷通过换向器与导体接触 问题1-4：环形绕组的缺点是什么？ 问题1-5：讨论电刷的位置。 析：环形绕组最大的缺点就

4、是线圈在环内的部分 不切割磁力线，即不参与机电能量转换，铜材利 用率太低。 析：几何中性线以上的导体处于N极下，电流方 向如图所示；几何中性线以下的导体处于S极下 ， 电流方向与N极下导体电流方向相反。通过电刷 的连线将所有导体分为两部分，每一部分内的导 体串联成一个支路，两条支路有电刷并联。只有 当电刷与处在几何中性线上的导体相接触时，每 个支路的总电势即电刷引出分电势才会最大。如 果电刷偏离，则各个支路内部分导体电势相互抵 消，导致机电能量转换效率降低。所以电刷的正 常位置应该与连接处于几何中性线上导体的换向 片相接触。 三、直流电动机的原理 将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组，使电枢

5、导体有电流ia 通过。 电机内部有磁场存在。 载流的转子（即电枢）导体将 受到电磁力 f 的作用 f = B l ia （ 左手定则） 所有导体产生的电磁力作用于转 子产生电磁转矩，以便拖动机械负 载以n(r/min)旋转 直流电机结构简图 电刷 电枢绕组 主磁极 换向器 1-2 直流电机的结构 旋转电机都是由定子和转子两大部分组成 定子 转子 主磁极（励磁绕组 主极铁心） 电枢绕组 换向极（绕组和铁心） 电枢铁心 机座换向器 端盖转轴、风扇 电刷装置 主磁极 的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的 主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建 立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的

6、励磁绕组 构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴， 它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使 励磁绕组容易固定。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11.5mm的钢片冲压一定形 状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用 螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组 的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N，S 极交替出现。 机座 磁轭连同底座总成为机座, 有两个作用，一是作为主磁路的一部分，二是作为电机的结 构框架。 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小 型机座用铸铁件）制成。机座的两端装有端

7、盖。 换向极 是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极， 它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不 产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似，是由换向 极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定 在机座上。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在 功率很小的直流电机中，也有不装换向极的。换向极绕 组在使用中是和电枢绕组相串联的，要流过较大的电流 ，因此和主磁极的串励绕组一样，导线有较大的截面。 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。 电刷装置是电枢电路的引出（或引 入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连 线等部分组成，右图所示，电刷是

8、石墨 或金属石墨组成的导电块，放在刷握内 用弹簧以一定的压力按放在换向器的表 面，旋转时与换向器表面形成滑动接触 。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆 上的一排电刷组成一个电刷组，同极性 的各刷杆用连线连在一起，再引到出线 盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便 调整电刷的位置。 电枢铁心 既是主磁路的组成部分，又是电 枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心 的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，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，如左图所示 。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上， 大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上 ，然后再将支架固定在

9、轴上。为改善通风，冲 片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。 电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连 接组成，他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。线圈 用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层 嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心 之间都要妥善地绝缘（右图），并用槽楔压紧。大 型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。 换向器（换向器实物）在直流发电机 中，换向器起整流作用，在直流电动机中， 换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机 的关键部件之一。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 ，两端再用两个V形环夹紧而

10、构成，如图所示 。每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊 入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑 料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒， 再用塑料通过热压制成。 1-3 电枢绕组 一般来说直流电机中至少应该有两套绕组：励磁绕组和电枢绕组。二者的功能不同。 励磁绕组用来产生主磁场，为集中绕组；电枢绕组实现机电能量转换的枢纽，称为功率绕 组，是分布绕组。电枢绕组的构成，应能产生足够的感应电动势，并允许通过一定多电枢 电流，从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。此外，还要节省有色金属和绝缘材料，结构 简单，运行可靠。 一、主要分类 宏观分类为环形和鼓形；环形绕组只曾在原始电机用过，由于容易理解故讲原理时也

11、用 此类绕组；鼓形绕组比环形绕组制造容易，又节省导线，运行较可靠，经济性好，故现在 均用鼓形绕组。鼓形绕组又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。 环形电枢绕组（展开图） 鼓形电枢绕组（展开图 ） 鼓形绕组有许多个形状相同的线圈组成 ，每个线圈有两个有效边，分别位于电枢 圆周相距约一个极距的两个槽中。一个边 在上层时，另一个边一般在下层。每个换 向片接两个不同的线圈端头。将所有的电 枢线圈通过换向片按照一定的规律联接起 来，就构成电枢绕组。在实际电机中，电 枢绕组有多种形式。主要分为叠绕组，波 绕组和蛙绕组等。 叠绕组示意图 波绕组示意图 二、单叠绕组的联接方法 几个概念：极数2p，极对数p，极距，绕

12、组元件，元件边，上层边，下层边，第1节 距，第2节距，合成节距等。 单叠绕组的展开图举例 一台4极16 槽直流电机，已知换向片数K=16；电枢绕组的线圈数S=16； 试画出整距右行单叠绕组展开图。 【分析】 每槽(虚槽)两个边，每个线圈两个边，所以槽数 z= 线圈数 S=16, 极距z/2p16/44 槽。 因为要求为整距线圈即第一节距 y14（槽） 又因为单叠右行，则合成节距 y +1； 则第二节距y2y1y3（槽）； 也就是说一个线圈的一个有效边若放在1号槽内，另一个有 效边必须放在5号槽内。即一个线圈跨过4个槽的位置。 【画出展开图 】 1.画元件边，下层边用虚线，上层用实线画； 2.标

13、出槽号并画出第一个元件.跨15。 3.将第一个元件的引出线端连到对应的换向片上，并标出换向片号。 4.依次画出其他元件的连接。 5.再画出各磁极N、S、N、S。 6.鼓形绕组的电刷中心线在每个磁极的中心线上。即保证电刷必须与位于几何中线处 的导体相接触。 7.画出电枢转向和电刷连线。 绕组展开图和元件联接图 三、结论 常用直流电机绕组型式的支路数 单叠绕组：2a=2p 单波绕组：2a=2 双叠绕组：2a=4p 双波绕组：2a=4 1-4 直流电机的额定值 额定值 是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机 ）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额 定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地

14、工 作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进 行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的 铭牌上，故又叫铭牌值。 直流电机的额定值(Rating)主要有： 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，以 “W“ 为量纲单位。若大于 1kW 或 1MW 时,则用 kW 或 MW 表示。 额定电压 UN： 指额定状态下电枢出线端的电压，以 “V“ 为量纲单位。 额定电流 IN： 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以 “A“为量纲单位。 额定转速 nN： 指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。 额定励磁电流 If： 指电机在额定状态时的励磁电

15、流值。 注意: 对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积，即 PNUNIN 对于直流电动机，PN是指输出的机械功率，所以公式中还应有效率N存在 ，即 PNUNINN 铭牌中电机型号的涵义: 系列代号 改进设计序号 机座号 铁心长度顺序号 直流电动机 型号 Z2-92 产品编号 7001 结构类型 励磁方式 他励 功率 30kW 励磁电压 220V 电压 220V 工作方式 连续 电流 160.5A 绝缘等级 B级 转速 750rpm 重量 685kg 标准编号 JB1104-68 出厂日期 图 直流电机铭牌 国产直流电机系列 Z2,Z3,Z4为一般用途的小型直流电机。 Z,ZF为中大型直流电动机和发电机。 ZZJ为冶金起重直流电动机。 ZBD,ZBF为用于龙门刨床的直流电动机。 ZQ为牵引直流电动机。其他系列可查相关手册。 直流电机剖面图 返回 直流电机结构图 返回 直流电机转子照片 返回 直流电机定子照片 返回 直流电机换向器照片 返回 直流电机补偿绕组照片 返回 电刷装置照片 返回 直流电机照片 返回 定转子冲片 返回 换向器构造图 返回 电刷装置 刷杆座 弹簧压板 刷杆 电刷 刷握 刷握 电刷 刷瓣 压指 弹簧 返回 主磁极与换向极 返回 风扇 铁心 绑带 换向器 轴 转子 冲片 梨形槽矩形槽 直流电机