直流电机的基本结构和运行分析汇编

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1、直流电机 首钢设备维修中心 直流电机学习幻灯片 直流电机 首钢设备维修中心 第一节 直流电机的工作原理 n重点： n直流电机的工作原理 n难点： n直流发电机和直流电动机的工作原理 直流电机 首钢设备维修中心 电机的作用 电机是进行能量转换的电磁机械设备。 一、电源二、动力 三、信号传递 机械信号 电信号 控制信号 机械信号 机械能电能 机械能电能 直流电机 首钢设备维修中心 电机的分类 电机 变压器 直流电机 直流发电机 直流电动机 交流电机 控制电机 同步电机 同步发电机 同步电动机 异步电机 异步发电机 异步电动机 脉流电机 直流电机 首钢设备维修中心 直流发电机的工作原理 直流电机 首

2、钢设备维修中心 直流发电机的工作原理动画 直流电机 首钢设备维修中心 直流电动机的工作原理 直流电机 首钢设备维修中心 直流电动机的工作原理动画 直流电机 首钢设备维修中心 直流电机的可逆原理 n直流发电机和直流电动机的结构是完全 相同的，每一台电机既可作为发电机运行 ，也可作为电动机运行 n电机的实际运行方式由外施条件决定，如在电机 轴上外施机械功率使电枢转动，通过电机可以把 机械功率转换为电功率，作为发电机运行；如果 在电枢线圈中外施电功率，产生线圈电流，通过 电机可以把电功率转换为机械功率，作为电动机 运行。 直流电机 首钢设备维修中心 第二节 直流电机的基本结构 n静止部分（称为定子）

3、 n产生磁场和构成磁路 ,电机机械支撑 n旋转部分（称为转子） n感应电势和产生电磁转矩，实现能量的转换 n定子和转子之间间隙 （称为空气隙） n气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重 要组成部分 直流电机 首钢设备维修中心 电机结构图 直流电机 首钢设备维修中心 定子的结构 n机座 n主磁极n换向极n电刷装置 直流电机 首钢设备维修中心 转子的结构 n转轴 n电枢铁心n电枢绕组n换向器 直流电机 首钢设备维修中心 制造电机所用主要材料 n导电材料 n用于绕组、换向器和电刷 n绝缘材料 n电流很难通过的材料称为绝缘材料，又叫电介质。将带电 部分与铁心、机座等接地部件以及电位不同的带电部分在

4、电气上分离，使电流按一定方向流动 n导磁材料 n制造电机和变压器中磁系统的各个部件，如铁心、机座等 直流电机 首钢设备维修中心 直流电机的额定值 n根据国家标准和要求设计和试验所得的一组反映 电机性能的主要数据，称为电机的额定值 额定条件下电机 所能提供的功率 指电刷间输出的 额定电功率 发电机 指轴上输出 的机械功率 电动机 发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。 在额定工况下，电机 出线端的平均电压 在额定电压下，运行于 额定功率时对应的电流 在额定电压、额定电流下，运 行于额定功率时对应的转速 直流电机 首钢设备维修中心 直流电机的额定值 此外，电机铭牌上还标有其它数据，

5、如励磁电压、出厂日期、 出厂编号等。 电机运行时，所有物理量与额定值相同电机运行于额定状 态。电机的运行电流小于额定电流欠载运行；运行电流大于额 定电流过载运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载 运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态 附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。 对应于额定电压、额定电流、额 定转速及额定功率时的励磁电流 指直流电机的励磁线圈 与电枢线圈的连接方式 励磁方式 直流电机 首钢设备维修中心 第三节 直流电机的电枢绕组 电枢绕组是电能和机械能相互转换的枢纽 研究直流电机电枢绕组，主要是找出电枢绕组 的线圈之间及线圈与换向器之间的连接规律。

6、不同类型的电枢绕组，具有不同的连接规律。 直流电机的电枢绕组分为单叠绕组、复叠 绕组、单波绕组、复波绕组等几种类型。 直流电机 首钢设备维修中心 有关电枢绕组的术语 n绕组：在电机内具有规定功能的一组线圈。 n电枢绕组：安放在电机电枢上的绕组，与外部电力系统联接，用以吸收或送出有功 功率。 n线圈单元：电枢绕组的基本单元，由一匝或相互绝缘的多匝组成，两出线端分别接 至换向片上。 n线圈：具有一个或多个线圈单元的组件，通常具有公共绝缘。 n线圈边：线圈中沿电枢铁心轴向的两个直线部分，每只线圈有两线圈边。 n线圈端部：连接两个线圈边的连接部分。 n分布绕组：电枢线圈在电枢圆周上的槽内分布放置，称为

7、分布绕组。与集中绕组的 区别在于集中绕组每一线圈的轴线都互相重叠，分布绕组中每一线圈的轴线彼此移过 一段距离。 直流电机 首钢设备维修中心 实槽和虚槽 n直流电机的电枢绕组放置在电枢铁心上的槽内 n每个槽内的上下层各放置若干个线圈单元边 .为了确切的说明这些单元边的具体位置 ，引人虚槽的概念 实际槽数Z与虚槽数Zu的关系为： 直流电机 首钢设备维修中心 线圈单元数S和换向片数K n每个线圈单元有两个出线端，每个换向片 又与两个不同线圈单元的两个出线端相连接 ，因而线圈单元数等于换向片数，即 当一个线圈中有u个线圈单元时，每槽上下层 各放u个线圈单元边，此时，线圈单元数和虚 槽数相等，即 直流电

8、机 首钢设备维修中心 绕组的型式和节距 n单叠绕组的连接规律： 相邻两线圈在电枢表面仅相差1个槽，单个线 圈单元的始端和末端之间相隔一个换向片。 直流电机 首钢设备维修中心 绕组的型式和节距 n 单波绕组连接规律 相邻两线圈相隔约为二个极距， 第二线圈单元与第一线圈单元处 在相同极性的两个磁极下，单个 线圈单元的始端与末端相隔约为 两个极距，如电机有P对磁极，则 连接P个单元后才回到出发单元的 邻近，并相隔一个槽，以便第二 周继续绕下去，直到所有的线圈 单元均串联起来为止 直流电机 首钢设备维修中心 绕组的型式和节距 各种绕组的连接规律用节距来确定 绕组 节距 极距 线圈节距 换向器节距 后节

9、距 合成节距 相邻两磁极上相应点之间的圆周距离 同元件的两个边所在槽相隔的齿距数 相串联的两个线圈单元的对应边在 电枢表面上的距离 同元件的始端与末端之间的换向片数 直流电机 首钢设备维修中心 单叠绕组 单叠绕组的每一线圈单 元的始末端分别与相邻的 两换向片相接，所以 Y Yk土1。每安放一个线圈 单元时，其相应单元边移 过一个槽（当一个实槽中 有u个虚槽时则移过一个虚 槽）。 直流电机 首钢设备维修中心 单叠绕组 已知直流电机2p4，ZSK16，要求绕制 一单叠右行绕组。 1.计算节距 Y1 Y Y2 直流电机 首钢设备维修中心 单叠绕组 2绕组展开图 先将电枢表面展开成平面， 并将电枢槽、

10、线圈单元及换 向片编号，其中线圈单元及 换向片号与其上层边所在槽 号相同，电枢槽号和换向片 号之间的相对位置，用如下 方法确定：为了使线圈单元 的端接对称，应使每一线圈 单元所接的两个换向片的分 界线与其轴线重合。 直流电机 首钢设备维修中心 单叠绕组 3主极位置 4电刷位置和极性 直流电机 首钢设备维修中心 单叠绕组 5并联支路数 从图中看出，有四 条支路并联于正负 电刷之间。每一支 路都是由上层边处 在同一主极下的线 圈单元串联而成， 一个主极对应一条 支路，则单叠绕组 的并联支路数恒等 于电机的主极数。 直流电机 首钢设备维修中心 单叠绕组 6单叠绕组的均压线 将电枢绕组中理论上电 位相

11、等的点用导体连接起来 ，称为均压线 直流电机 首钢设备维修中心 单波绕组 单波绕组每一线圈单元的两条边之间的距离（Yl）与单叠绕 组一样， 单波绕组每一线圈单元的始末端要接到相距约为两个极 距的换向片上，每安放一个线圈单元时。其相应单元边在电枢表 面上移动约为两个极距的槽，所以 YYK2。第二个线圈单元 与第一个线圈单元处在相同极性的两个磁极下，感应电势方向相 同，可以相加。当依次串联P个线圈单元，在电枢表面环绕一周后 ，第P个线圈单元的末端要接到第一线圈单元的始端所接换向片1 的相邻换向片上，以便第二周继续绕下去，所以 pYK +-1 因此，单波绕组的换向器节距为YK（K +-1）/ p 当

12、采用K1时，p个线圈单元串联后，接到换向片2上，称右行 绕组，此时端接交叉，很少采用。一般采用K-1，称左行绕组。 直流电机 首钢设备维修中心 单波绕组 已知直流电机 2p4，ZSK15，要求 绕制一左行单波绕组。 计算节距、画绕组展开图 直流电机 首钢设备维修中心 单波绕组 单波绕组的支路对数 显然，单波绕组的支路数和主极数目无关，恒等于2 单波绕组的电枢电势仍为一支路电势，电枢电流为两 支路电流之和。 直流电机 首钢设备维修中心 单波绕组与单叠绕组区别 单叠和单波绕组是直流电机的基本的绕组形式，两者 的根本差别在于它们的换向器节距和合成节距不同， 所以在相同的极数下，两种绕组的支路对数不同

13、。 原则上，电流较大，电压较低的电机，选用并联 支路数较多，串联线圈数较少的单叠绕组；电流较小 ，电压较高的电机选用并联支路数较少，串联线圈数 较多的单波绕组。 直流电机 首钢设备维修中心 第四节 直流电机的磁场 直流电机是应用电磁感应原理进行能量转换的，因 此，磁场是产生感应电势和电磁转矩从而实现能量 转换的关键。直流电机的磁场，是绕组中的电流产 生的。直流电机中有两种基本绕组，即励磁绕组和 电枢绕组。 励磁绕组和电枢绕组之间的联接方式称为励磁方式 直流电机 首钢设备维修中心 励磁方式 励磁方式 他励自励 并励串励复励 直流电机 首钢设备维修中心 各绕组线端的符号见表 绕组 名称 电枢绕组

14、换向绕组 补偿绕组 串励绕组 并励绕组 他励绕组 线端名称 A1 A2B1 B2C1 C2D1 D2E1 E2F1 F2 IEC国际标准所规定各绕组线端的符号见表 说明：注脚“1”是始端，为正极；“2”是末端，为负极。 我国现行采用的符号与IEC国际标准所规定相同。 直流电机 首钢设备维修中心 空载时，只有励磁绕组中有电流，此时为空载磁场。 直流电机的空载磁场 磁力线由N极出来，经气隙、 电枢齿部、电枢铁心的铁轭、 电枢齿部、气隙进入S极，再 经定子铁轭回到N极 主磁通 主磁路 磁力线不进入电枢铁心， 直接经过气隙、相邻磁极 或定子铁轭形成闭合回路 漏磁通 漏磁路 直流电机中，主磁通是主要的，

15、它能在电枢绕组中感应 电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增 加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得 多，大约是主磁通的20%。 直流电机 首钢设备维修中心 电机的磁化曲线 电机主磁通与励磁磁势的关系曲线。 为了感应电动势或产生电磁转 矩，直流电机气隙中需要有一定量 的每极磁通 ，空载时，气隙磁 通 与空载磁动势 或空载励磁 电流 的关系，称为直流电机的空 载磁化特性。如右图所示。 为了经济、合理地利用材料， 一般直流电机额定运行时，额定磁 通 设定在图中A点，即在磁化特 性曲线开始进入饱和区的位置。 直流电机 首钢设备维修中心 气隙磁密分布曲线 根据磁路的欧姆定律

16、，气隙某处磁通 或磁密的大小，取决于该处的磁势和磁 路磁阻的大小。忽略铁心材料的磁阻。 可认为磁势全部消耗在气隙中，直流电 机的主极气隙是不均匀的，极下部分气 隙大小相等而且数值很小，因此在极下 部分磁密的大小相等且数值较大。靠近 极尖处气隙逐渐增加，磁密明显减小， 在两极之间的几何中心线上，磁密等于 零。若不考虑电枢表面齿和糟的影响， 在一个极距范围内，电枢各点垂直分量 的磁密分布为近似梯形。 直流电机 首钢设备维修中心 电枢磁场 直流电机带有负载时，电枢绕 组中有电流通过，电枢绕组的电 流也会产生磁场，称为电枢磁场 右图为一台电刷放在几何中性 线的两极直流电机的电枢磁场分 布情况。 假设励磁电流为零，只有电 枢电流。由图可见电枢磁动势产 生的气隙磁场在空间的分布情况 ，电枢磁动势为交轴磁动势。 直流电机 首钢设备维修中心 电枢磁场 如果认为直流电机电枢上 有无穷多整距元件分布，则电 枢磁动势在气隙圆周方向空间 分布呈三角波，如图中 所 示。 由于主磁极下气隙长度基 本不变，而两