《电机及其应用 教学课件 ppt 作者 葛永国 第1章 直流电机的结构和原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机及其应用 教学课件 ppt 作者 葛永国 第1章 直流电机的结构和原理（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 直流电机的结构和原理,第1章 直流电机的结构和原理,直流电机是将直流电能与机械能相互转换的装置。它可用作直流发电机或直流电动机：直流发电机将机械能转变为电能，为负载供电；直流电动机将直流电能转换为机械能，用以拖动负载工作。直流电机的功率大小和用途虽然不同，但其基本结构和原理大体都是相同的。,第1章 直流电机的结构和原理,1.1 直流电动机的基本工作原理,图1-1 左手定则与右手定则 a)左手定则 b)右手定则,第1章 直流电机的结构和原理,1.1.1 两条定则和两条定律 1.左手定则与右手定则 左手定则也称“电动机定则”，如图1-1a所示。 右手定则也称“发电机定则”，如图11b所示。
2、它是判断导体在磁场中运动时导体中感应电动势方向的定则。判断方法是：伸开右手，使拇指与其余四指垂直，并都和手掌在同一平面上；设想将右手放入磁场中，让磁力线垂直穿过手心，使拇指指向导体运动的方向，这时其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。 2.电磁力定律 F=BIl（11） 3.电磁感应定律 E=Bl（12）,第1章 直流电机的结构和原理,1.1.2 直流电动机的工作原理 1.电磁转矩的产生 现在用图1-2所示直流电动机的物理模型来分析电磁转矩产生的。,图1-2 最简单的直流电动机的物理模型 a)简化模型 b)截面图,第1章 直流电机的结构和原理,2.恒定转矩的产生 由于主极磁场在空间上近似于正
3、弦分布，只有一个线圈的直流电动机产生的电磁转矩是脉动的，如图1-3a所示。 实际的直流电动机，电枢四周上均匀地嵌放许多线圈，相应地，换向器由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总电磁转矩足够大并且比较均匀，电动机的转速也就比较均匀。 3.直流电动机的运行过程 直流电动机与电源接通后，运行过程如图1-4所示。 T=TL+T0（13）,图1-3 直流电动机的脉动转矩 a)一个线圈时 b)两个线圈串联时,第1章 直流电机的结构和原理,图1-4 直流电动机的运行过程,1.实训目的 通过亲身制作与测试，了解直流电动机的基本结构，理解换向器的作用和原理，掌握电动机的起动与运行情况。,第1章 直流电机的结构和
4、原理,2.材料与工具 所需材料与工具如图1-6所示。 (1)材料：8cm12cm木板一块、直径为1mm的漆包线1m、5号电池夹1个、鳄鱼夹2个、曲别针2个、小螺钉2个、磁铁1块、双面胶若干。 (2)工具：万用表、电烙铁、螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、壁纸刀。,图1-5 制作完成的单线圈直流电动机,图1-6 所需材料与工具,第1章 直流电机的结构和原理,3.制作步骤 (1)绕制线圈：带上手套，用手把漆包线抻直，如图1-7a所示，注意不要弄伤手。,图1-7 线圈绕制 a)抻直 b)绕制 c)整形,第1章 直流电机的结构和原理,图1-8 电源制作过程 a)剥线头 b)套上护套 c)焊接 d)装上护套,(
5、2)制作电源：先用斜口钳把电池夹上的导线绝缘层剥掉，如图1-8a所示；把鳄鱼夹上的护套取下，预先套在导线上(注意颜色相配)，如图1-8b所示，否则有时候焊接完了才发现护套没法上了；,第1章 直流电机的结构和原理,(3)制作支架：用尖嘴钳分步骤把曲别针弯成图片最下端的样子，如图1-9a所示；把线圈套在磁体上以确定支架的位置，并用螺钉固定结实，如图1-9b所示；确定支架的高度，要求线圈尽量贴近下面的磁铁又不发生刮碰，如图1-9c所示；在支架确定好的位置处用尖嘴钳弯一下，支架就做好了，放上线圈，如果位置不合适再作进一步的调整，如图1-9d所示。,图1-9 线圈支架制作过程 a)曲别针 b)确定位置
6、c)确定高度 d)调整,第1章 直流电机的结构和原理,图1-10 刮绝缘漆的位置 a)左侧 b)左侧与右侧,(4)刮绝缘漆：用壁纸刀刮掉线圈与支架接触位置上漆包线的绝缘漆，如图1-10所示。,第1章 直流电机的结构和原理,4.通电测试 装上电池，用万用表测量鳄鱼夹是否有电压输出，如图1-11a所示。,图1-11 通电测试 a)测电池电压 b)线圈通电旋转,第1章 直流电机的结构和原理,1.2 永磁式直流电动机的结构和原理 从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，其主要作用是产生磁场和进行机械支撑；运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和
7、感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢。,图1-12 玩具电动机的外形,第1章 直流电机的结构和原理,图1-13 玩具电动机的分解图 1外壳 2定子磁极 3磁极销 4衬套 5端子 6端盖 7电刷 8换向器 9绝缘片 10叠片铁心 11转子线圈,第1章 直流电机的结构和原理,1.拆卸步骤 拆卸玩具电动机不需要专门的技术和工具。 (1)开启固定爪、取下端盖。,图1-14 固定爪位置,图1-15 端盖内的电刷,第1章 直流电机的结构和原理,图1-16 转子 1电枢线圈终端 2换向器,(2)取出转子。,图1-17 转子、电刷及换向器,第1章 直流电机的结构和原理,(3)拆卸转子线
8、圈与铁心。 拆卸方法：剪断连接在换向器上的线圈引线，慢慢拆除线圈的漆包线，如图118a所示；用尖嘴钳取下衬套和换向器的固定销，绝缘片也要取下，最后取下铁心；把转子立在铁板上，用尖嘴钳轻轻夹住转子轴，如图118b所示。用铁锤敲击尖嘴钳，铁心会向轴的下方移动，就可以一片一片地拆下铁心片，如图118c所示。,图1-18 转子的拆卸 a)电枢线圈 b)敲出铁心 c)铁心片,第1章 直流电机的结构和原理,图1-19 电动机外壳的拆卸 a)外壳的组成 b)拆卸后的组件,第1章 直流电机的结构和原理,图1-20 玩具电动机的发电实验装置 1小带轮 2导向带轮 3板 4手柄 5大带轮 6橡皮带 7电动机,(4
9、)拆卸电动机外壳。,第1章 直流电机的结构和原理,2.玩具电动机发电实验 (1)把电池连接到电动机的端子，并确认电动机已经旋转。 (2)取下电池，把连接电动机的导线连接到检流计上(或万用表最小直流电流挡)，按照刚才电池带动电动机旋转的方向转动电动机轴。 (3)根据检流计摆动的方向，就可以判断发电的极性，可以发现，虽然电动机的旋转方向相同，但是，发电时的电流方向和电池给电动机供电时的电流方向是相反的。 (4)改变电动机轴转动的速度，从检流计指针摆动的幅度就可以确认发电电压发生了变化。,第1章 直流电机的结构和原理,1.2.1 玩具电动机的转动原理 仔细观察玩具电动机电枢、电刷和磁极的位置，画出它
10、们的立体位置图。转子的三个磁极在空间上互差120，均匀配置形成三极转子。,图1-21 三极转子产生转矩的原理示意图,第1章 直流电机的结构和原理,1.2.2 直流发电机的发电原理及直流电机的可逆原理,图1-22 直流发电机发电原理示意图 a)线圈位置一 b)线圈位置二,第1章 直流电机的结构和原理,1.直流发电机的发电原理 直流发电机发电原理示意图如图1-22所示。,图1-23 直流发电机的脉动电压 a)一组线圈时 b)两组线圈串联时 c)有许多线圈时 1线圈B输出电压 2线圈A、B的合成电压 3线圈A输出电压,第1章 直流电机的结构和原理,2.直流发电机的运行过程 当原动机拖动电枢旋转时，如
11、图1-24所示，电枢导体切割磁力线产生感应电动势，其方向可用右手定则确定。 3.直流电机的可逆性 直流电 机在一定的条件下，可作为发 电机运行，把机械能转变为电 能供给直流负载；而在另外的 条件下又可把电能转换为机械 能拖动机械负载，这就是直流 电机的可逆性。,图1-24 直流发电机运行过程,第1章 直流电机的结构和原理,思考与分析 1.2.3 玩具电机电枢绕组绕制方法及展开图 1.线圈的绕制方法 详细查看电枢中线圈的连接关系，把电枢从某一槽中间沿轴向切开、分左、右方向展开成一个平面，可画出其示意图，如图1-25所示。,图1-25 电枢绕组的绕制方法示意图 a)右行 b)左行 1槽 2线圈 3
12、齿 4换向片,第1章 直流电机的结构和原理,2.电枢绕组的展开图 电枢绕组是直流电机的核心部分，它是由许多分布在转子表面的线圈按一定的规律连接而成的闭合绕组。 展开图是假设把电枢从某一齿中间沿轴向切开展开而形成的一个平面绕组连接图。以单叠绕组为例，如图126所示，图中上层元件边用实线表示，下层元件边用虚线表示。,图1-27 三极转子单叠 绕组展开图,图1-26 单叠绕组,第1章 直流电机的结构和原理,1.3 电磁式直流电机的结构、分类与铭牌 1.3.1 电磁式直流电机的基本结构 电磁式直流电机分定子和转子两部分，其结构如图128所示。定子部分由机座、主磁极、换向磁极、端盖和电刷装置等组成，转子
13、部分由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。,图1-28 电磁式直流电机的结构 a)装配图 b)截面图 1端盖 2风扇 3、11机座 4电枢 5、12主磁极 6刷架 7、17换向器 8接线板 9出线盒 10换向器 13转轴 14电枢铁心 15换向磁极 16电枢绕组 18电刷,第1章 直流电机的结构和原理,1.机座与端盖 机座有两个作用：一是作为主磁极的一部分，二是作为电动机的结构框架。 2.主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。 3.换向磁极 换向磁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电火花。,图1-29 主磁极结构 1铁心 2
14、励磁绕组 3机座,图1-30 换向磁极结构 1铁心 2绕组,第1章 直流电机的结构和原理,4.电刷装置 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，如图1-31所示。,图1-31 电刷装置 1刷握 2电刷 3压 紧弹簧 4刷辫,图1-32 支架机构 1刷杆 2电刷 3刷握 4弹簧压板 5杆座,第1章 直流电机的结构和原理,5.电枢铁心 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组的支撑部分，为了减少电枢铁心内的涡流损耗，电枢铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的硅钢片叠压夹紧而成。,图1-33 电枢结构示意图 a)电枢铁心与电枢绕组 b)电枢铁心冲片 1换向器 2
15、电枢绕组 3电枢铁心,第1章 直流电机的结构和原理,6.电枢绕组 电枢绕组由一定数目的线圈按一定的规律连接而成，它是直流电机的电路部分，也是进行机电能量转换的部分。 7.换向器 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。,图1-34 电枢铁心槽内嵌放的电枢绕组 1槽楔 2线圈绝缘 3电枢导体 4层间绝缘 5槽绝缘 6槽底绝缘,图1-35 换向器结构 1换向片 2连接部分,第1章 直流电机的结构和原理,1.3.2 直流电机的分类 电枢绕组和励磁绕组可以共用一个电源，也可以采用两个电源单独供电。即使是采用一个电源供电，也有不同的连接方式
16、。根据励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同，直流电机可以分为他励、并励、串励和复励4种。 1.他励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组采用两个电源供电，如图1-36所示。,图1-36 他励直流电动机 a)接线图 b)电路图,第1章 直流电机的结构和原理,2.并励直流电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，采用同一个电源供电，由一个开关控制，如图1-37所示。,图1-37 并励直流电动机 a)接线图 b)电路图,第1章 直流电机的结构和原理,图1-38 串励直流电动机 a)接线图 b)电路图,3.串励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组串联之后，外接一个直流电源，由一个开关控制，如图1-38所示。,第1章 直流电机的结构和原理,4.复励直流电动机 复励直流电动机如图1-39所示。,图1-39 复励直流电动机 a)接线图 b)长复励 c)短复励,第1章 直流电机的结构和原理,图1-40 复励直流电动机励磁绕组中电流的方向 a)积复励 b)差复
