电机控制技术-项目6概要

《电机控制技术-项目6概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机控制技术-项目6概要（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电 机 控 制 技 术,直流电动机的安装与调试,任务一直流电动机 的安装与调试,6.1直流电动机的结构原理 一、直流电机的基本结构 直流电机主要是由静止部分即定子和旋转部分即转子（电枢）两大部分构成。定子和电枢之间的间隙称为气隙。 定子的主要作用是产生磁场并作为机械支撑。电枢的作用是产生电磁转矩和感应电动势。 直流电机的外形及拆解图如图6-1所示。,任务一直流电动机 的安装与调试,（一）定子 它主要由主磁极、换向磁极、机座和电刷装置组成。 主磁极 主磁极的作用是产生主磁场，它由主磁极铁芯和励磁绕组构成。 主磁极铁芯包括极身和极掌，如图6-2（a）所示。极靴要比极身宽，以减小极面下气隙的磁阻并改

2、善气隙磁通沿空间的分布。当电枢转动时为了降低因槽与齿相对于主磁极移动在极靴表面造成磁密的变化而引起的铁芯涡流损耗，主磁极铁芯一般采用.5mm厚的低碳铁板冲片叠压紧固而成。 励磁绕组是集中绕组，是用带绝缘的铜导线绕在框架上，再套在主磁极铁芯的极身上。绕组和铁芯之间用云母绝缘纸和环氧玻璃纤维层压板绝缘，最后经过浸漆处理。整个主磁极用螺杆固定在机座上，如图6-2（b）所示。各极励磁绕组之间一般采用串联连接，而且连接时要保证相邻主磁极的极性按、极交替排列。,任务一直流电动机 的安装与调试,任务一直流电动机 的安装与调试,换向磁极 换向磁极如图6-3所示。它的作用是用以改善换向。它由换向极铁芯和换向极绕

3、组两部分构成。 由于换向极与转子之间有较大的气隙，在换向极铁芯中产生的涡流损耗较小，因此铁芯一般用整块钢加工而成。绕在铁芯上的换向极绕组也是集中绕组，它通常和电枢绕组相串联。换向极装在两主磁极之间的几何中性线上，其极数一般和主磁极的极数相等。在小功率的直流电机中，也可以不装或只装仅为主磁极数一半的换向极。,任务一直流电动机 的安装与调试,任务一直流电动机 的安装与调试,机座 机座是直流电机的外壳，其作用一是用来固定主磁极、换向极和端盖等，有的也是电机磁路的一部分，这部分磁路称为定子磁轭。此外，在机座下部还有起支撑作用的底脚，用以将电机固定在基础上。为了保证良好的机械强度和导磁性能，机座一般采用

4、铸钢制造或用钢板卷制焊接而成。,任务一直流电动机 的安装与调试,电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座以及汇流条等构成，如图6-4所示。 电刷装置的作用是用来固定电刷，并使电刷与旋转的换向器保持滑动接触，将电枢绕组与外电路接通，使电流经电刷输入电枢或从电枢输出。电刷一般由导电耐磨的碳石墨材料制成，放在刷握的刷盒中，由压紧弹簧把它压在换向器表面，同时将电刷上的铜丝辫固定在刷棒上。刷握则不经绝缘固定在刷杆上 （刷杆数一般等于磁极数）。而全部的刷杆都固定在刷杆座上。小型电机的刷杆座装在端盖或轴承内盖上，大型电机的刷杆座则装在机座上。刷杆座应能偏转，以便调整电刷在换向器表面上的位置。由于各电刷经

5、铜丝辫、刷握和刷杆连接，为了使电刷与外电路接通，可将同极性的各刷杆用汇流条连在一起，再与换向极绕组串联后，引到接线盒的接线柱上。,任务一直流电动机 的安装与调试,任务一直流电动机 的安装与调试,二、转子（电枢） 直流电动机的转子主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇组成。 Z2系列直流电机的转子结构如图6-5所示。,任务一直流电动机 的安装与调试,电枢铁芯 电枢铁芯的作用一是作为电机主磁路的一部分，二是将电枢绕组嵌放在电枢铁芯的槽内。当电枢在磁场中旋转时，电枢铁芯将产生涡流和磁滞损耗。为此电枢铁芯用.5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成。冲片上冲有嵌放绕组的矩形槽或梨形槽和一些轴向通

6、风孔，如图6-6所示。容量较大的电机，为了加强散热冷却，除了有轴向通风孔外，还将电枢铁芯沿轴向分成数段，每段长10cm，两段之间留有810mm的径向通风沟。,任务一直流电动机 的安装与调试,任务一直流电动机 的安装与调试,电枢绕组 电枢绕组是电机结构的重要部分，其作用是产生感应电动势，通过电流并产生电磁转矩，使电机实现机电能量转换。电枢绕组由许多个单元线圈按一定规律连接构成。线圈用圆形或矩形截面的绝缘导线绕成，分上下两层嵌入电枢铁芯槽内。线圈与槽之间要有槽绝缘，线圈上下层之间也有层间绝缘。 为了防止电枢旋转时因离心力作用将线圈甩出槽外，应采用非磁性的槽楔将线圈边压紧在槽内，伸出槽外的线圈端部也

7、要用无纬玻璃丝或非磁性钢丝绑扎在绕组支架上。,任务一直流电动机 的安装与调试,换向器 换向器由许多铜片（即换向片）组成。换向器有多种结构型式，图6-7所示为常见的金属套筒式。它是用许多带有鸽尾形的换向片先围成一个圆筒，再借助形钢制套筒和形环将套筒固定成一个整体并套装在转轴上。换向器的片间要用云母片绝缘，在形环和套筒与换向片组成的圆筒间，也要用形云母环和云母套筒绝缘。 由于换向器外圆周直径小于电枢外直径，因此换向片靠近绕组的一端有一升高部分，绕组线圈的出线端即接至升高部分的开口凹槽内。上述的换向器结构和制造工艺较复杂，目前小容量电机广泛采用塑料换向器，这种换向器是用酚醛玻璃塑料通过热压成型来代替

8、形套筒和形环的，如图6-8所示，它简化了制造工艺并节省材料。,任务一直流电动机 的安装与调试,任务一直流电动机 的安装与调试,二、直流电动机工作原理 直流电动机工作原理如图6-9所示，电刷A、B两端接于直流电源，电动机把输入的直流电能转换为机械能输出。,任务一直流电动机 的安装与调试,由图6-9（a）可以看出，当电刷接到电源的正极，电刷接到电源的负极时，电流将从电刷A通过换向片流入线圈a、b、c、d，并从电刷B流出。在图示瞬时，N极下线圈边的电流方向是由a到b；S极下线圈边电流方向是由c到d。根据电磁力定律，线圈的a、b边和c、d边将分别受到电磁力的作用，电磁力的方向可按左手定则确定。在图示瞬

9、时，线圈a、b边的受力方向为自右向左，c、d边的受力方向为自左向右，两个电磁力对转轴形成逆时针方向作用的力矩，即电磁转矩。在电磁转矩的作用下，电枢将沿逆时针方向转动。,任务一直流电动机 的安装与调试,当电枢转过180时，线圈的a、b边转到S极下，c、d边转到极下，如图6-9（b）所示。此时线圈两个边的电流方向将变为由d到c和由b到a。按左手定则可确定，此时进入N极下的c、d边所受电磁力的方向为自右向左，进入S极下的a、b边所受电磁力的方向为自左向右，因此电磁转矩的作用方向仍为逆时针。 由此可看出，由于电刷总是通过换向片和进入N极下的线圈边相连接；电刷总是通过换向片和进入极下的线圈边相连接。在电

10、刷两端所接电源极性不变时，电流总是通过电刷流入到极下的线圈边，再沿极下的线圈边经电刷流向电源。因此电磁力和电磁转矩的方向能始终保持不变，从而使电动机沿逆时针方向连续旋转。,任务一直流电动机 的安装与调试,三、直流电动机的铭牌数据 直流电动机的铭牌如图6-10所示。,任务一直流电动机 的安装与调试,直流电机的机壳上钉有铭牌，上面标出电机的额定数据、型号以及其它必要事项。额定数据也称额定值，它是电机制造厂依照国家标准对产品在指定工作条件下 （即额定工作条件下）所规定的技术数据。 （1）额定电压U 额定运行时电机出线端的电压，单位为伏（）。 （）额定电流I 额定运行时电机出线端的电流，单位为安（）。

11、,任务一直流电动机 的安装与调试,（）额定容量P 额定运行时电机的输出功率，单位为瓦（）或千瓦 （k）。 额定容量是指轴上输出的机械功率，即 其中为电动机的额定效率。,任务一直流电动机 的安装与调试,（）额定转速 指电压、电流和输出功率为额定值时电机的转速，单位为转/分（r/min）。 （）额定励磁电流 电机在额定工况下运行时励磁绕组流过的电流。 （6）型号 铭牌上的型号可表明每一种产品的性能、用途和结构特点。国产直流电机的型号采用汉语拼音大写字母和阿拉伯数字的组合来表示。其中汉语拼音大写字母表示电机的结构特点和用途等，阿拉伯数字则表示电机的尺寸及规格。 如：,任务一直流电动机 的安装与调试,

12、任务一直流电动机 的安装与调试,（7）励磁方式 直流电动机的励磁方式有四种，即他励、并励、串励和复励。接线方式如图6-11所示。 1）他励是指励磁电流由其他直流电源单独供给，励磁绕组与电枢绕组不相连接，如图6-11（）所示。,任务一直流电动机 的安装与调试,2）并励是指励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组两端的电压就是电枢绕组两端的电压。如图6-11（c）所示。,任务一直流电动机 的安装与调试,3）串励是指励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流就是电枢电流，如图6-11（e）所示。,任务一直流电动机 的安装与调试,4）复励是指电机在主磁极上装有两套励磁绕组，一套与电枢绕组并联，称为并励绕组；另一套与电枢

13、绕组串联，称为串励绕组，如图6-11（g）所示。如果两套励磁绕组产生的磁通方向相同，则称为积复励；如果相反，则称为差复励，实际应用中常用积复励。,任务一直流电动机 的安装与调试,在直流电动机接线盒的出线端有不同的线端标志，标志含义见表6-1。 表6-1 直流电动机出线端（接线盒）标志,任务一直流电动机 的安装与调试,6.2直流电动机的基本方程 直流电机在稳态运行时，从电路、力学和能量守恒定律出发建立的电压、转矩和功率三种平衡方程，称为直流电机的基本方程。下面以他励直流电机为例进行分析。 一、电压平衡方程 如图6-12所示，直流电动机运行时，电枢绕组两端所接电压为U，输入电枢的电流为Ia，电枢绕

14、组感应电动势为Ea。Ea的大小可由 确定，其方向与电枢电流相反。根据图示各量的正方向，按电压定律可列出电压回路电压方程为,任务一直流电动机 的安装与调试,任务一直流电动机 的安装与调试,二、转矩平衡方程 直流电动机带负载稳定运行时，作用在电枢转轴上的合力矩应等于零。此时转轴上的驱动力矩为电磁力矩TM，阻力矩包括负载阻力矩TL和空载阻力矩T0，因此转矩平衡方程式为,任务一直流电动机 的安装与调试,三、功率平衡方程 如图6-12所示直流电动机稳定运行时，从电网输入的电功率即输入功率为 将式（6-2）代入式（6-4）得 在式（6-5）中， 为电枢铜损耗，PM为电磁功率。电磁功率是实现机电能量转换的功

15、率，机电能量的转换可由下式看出，即,任务一直流电动机 的安装与调试,综合上述各种功率的关系，可得出直流电动机功率平衡方程式为 他励直流电动机的功率传递过程可用图6-13所示的功率流程图表示。,任务一直流电动机 的安装与调试,6.3直流电机的感应电动势和电磁转矩 一、电枢绕组的感应电动势 电枢绕组感应电动势是指直流电机正、负电刷之间的电动势，称为电枢电动势。电枢电动势就是绕组每条支路的电动势。每条支路的电动势等于支路内所有串联导体电动势之和，由图6-14所示可知，各导体感应电动势的大小是不同的，因此采用求和的方法会很复杂。简便的方法是先求出支路内所有导体的平均电动势 ，然后乘以每条支路串联的导体

16、数，便可求得电枢电动势。,任务一直流电动机 的安装与调试,支路内每根导体平均电动势为,任务一直流电动机 的安装与调试,（1）电枢电动势Ea的大小与 之积成正比。 （2）电枢电动势Ea的大小与每极磁通量的大小有关，而与气隙磁密曲线 的分布形状无关。 （3）电枢电动势Ea的方向与和n的方向有关。若单独改变或n的方向时，Ea的方向也改变；但同时改变和n的方向时，Ea的方向不变。,任务一直流电动机 的安装与调试,二、电磁转矩 电枢绕组通过电流时，载流导体在磁场中就要受到电磁力的作用，这个电磁力对转轴形成的力矩称为电磁转矩。 由于每根导体所在磁场位置的不同，产生的电磁转矩也不相等，因此也可采用先计算每根导体的平均电磁转矩，再乘以电枢总导体根数的方法来求得电枢总电磁转矩。 每根导体的平均电磁力为,任务一直流电动机 的安装与调试,对于同一台电机，电动势常数Ce和转矩常数CM之间的关系为,任务一直流电动机 的安装与调试,任务实施 1直流电动机整体拆卸 直流电动机拆解图如图6-15