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1、项目一、直流电机的拆装项目一、直流电机的拆装 本任务目的要通过教师的现场教学以及学生的自学和查本任务目的要通过教师的现场教学以及学生的自学和查找资料，完成对直流电机的拆装，并讲解出直流电机的内部找资料，完成对直流电机的拆装，并讲解出直流电机的内部构造以及各元件的作用。构造以及各元件的作用。直流电机基本工作原理直流电机基本工作原理 直流电机的结构和额定值直流电机的结构和额定值 直流电机的磁场、电动势、转矩直流电机的磁场、电动势、转矩 直流电机的绕组直流电机的绕组 直流电机故障分析排除实际操作直流电机故障分析排除实际操作本项目内容本项目内容v电机的定义电机的定义 电机是一种能实现机电能量转换的电磁
2、装置，是电电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，是电动机和发电机的统称。动机和发电机的统称。将电能转换为机械能的电机称为将电能转换为机械能的电机称为电动机电动机；将机械能转换为电能的电机称为；将机械能转换为电能的电机称为发电机发电机。v工作原理工作原理 电磁感应定律、电磁力定律及电流的磁效应。电磁感应定律、电磁力定律及电流的磁效应。v构造的一般原则构造的一般原则 用适当的导磁和导电材料构成能互相进行电磁感应用适当的导磁和导电材料构成能互相进行电磁感应的电路和磁路，以产生电磁功率和电磁转矩，达到能量的电路和磁路，以产生电磁功率和电磁转矩，达到能量转换的目的。转换的目的。v电机分类：电机分类：变
3、压器变压器直流电机直流电机伺服电动机伺服电动机、步进电动机步进电动机、测速发电机测速发电机 回转变压器回转变压器、自整角机自整角机、直线电动机直线电动机电力变压器：电力变压器：升压变压器、降压变压器升压变压器、降压变压器动力电机动力电机微特电机微特电机感应电机感应电机同步电机同步电机感应电动机感应电动机感应发电机感应发电机交流电机交流电机同步电动机同步电动机同步发电机同步发电机同步补偿机同步补偿机直流电动机直流电动机直流发电机直流发电机旋旋转转电电机机静静止止电电机机特种变压器特种变压器：自耦、三绕组、互感器自耦、三绕组、互感器v我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：我们
4、周围的电机举例：v我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：我们周围的电机举例：一、直流电机基本工作原理一、直流电机基本工作原理 图图1.1是一台直流电机的最简单模型。是一台直流电机的最简单模型。N和和S是一对固定的磁极，可以是电是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电磁铁，也可以是永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片别接到相互绝缘的两个半圆形铜片(换
5、向片换向片)上，它们的组合在一起称为换向上，它们的组合在一起称为换向器，在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动接触的电刷器，在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动接触的电刷A和和B，线圈线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。通过换向器和电刷接通外电路。 图1.1 直流电动机工作原理示意图 一）、直流电动机工作原理一）、直流电动机工作原理 将外部直流电源加于电刷将外部直流电源加于电刷A(正极正极)和和B(负极负极)上，则线圈上，则线圈abcd中流过电中流过电流，在导体流，在导体ab中，电流由中，电流由a指向指向b，在导体在导体cd中，电流由中，电流由c指向指向d。导体导体a
6、b和和cd分别处于分别处于N、S极磁场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体极磁场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体ab和和cd均受到电磁力的作用，且形成的转矩方向一致，这个转矩称为电磁转矩，为均受到电磁力的作用，且形成的转矩方向一致，这个转矩称为电磁转矩，为逆时针方向。这样，电枢就顺着逆时针方向旋转，如图逆时针方向。这样，电枢就顺着逆时针方向旋转，如图1.1(a)所示。当电枢所示。当电枢旋转旋转180，导体，导体cd转到转到N极下，极下，ab转到转到S极下，如图极下，如图1.1(b)所示，由于电流仍所示，由于电流仍从电刷从电刷A流入，使流入，使cd中的电流变为由中的电流变为由d流向流
7、向c，而而ab中的电流由中的电流由b流向流向a，从电从电刷刷B流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。 由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电使直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。流电动机的基
8、本工作原理。 实际的直流电动机，电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈，相应地换向器实际的直流电动机，电枢圆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的电磁转矩足够大并且比较均匀，由许多换向片组成，使电枢线圈所产生的总的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。电动机的转速也就比较均匀。 二、直流电机的结构和额定值二、直流电机的结构和额定值 一）、直流电机的结构一）、直流电机的结构 由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分
9、称为定子，定子的主和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。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感应电动势，成。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，由转轴、电枢铁心、是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。装配后的电机如图电枢绕组、换向器和风扇等组成。装配后的电机如图1.3所示。直流电机
10、的纵所示。直流电机的纵向剖视图如图向剖视图如图1.4所示。所示。 1. 定子定子 1) 主磁极主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用铁心一般用0.5mm1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便
11、于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上，用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上，如图如图1.5所示。所示。 直流电机装配结构图 直流电机纵向剖视图 1换向器 2电刷装置 3机座 4主磁极 5换向极6端盖 7风扇 8电枢绕组 9电枢铁心 1换向器 2电刷装置 3机座 4主磁极 5换向极6端盖 7风扇 8电枢绕组 9电枢铁心 2) 换向极换向极 换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心
12、和换向极绕组组的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成，如成，如1.6所示。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向所示。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。极的数目与主磁极相等。 3) 机座机座 电机定子的外壳称为机座，见图电机定子的外壳称为机座，见图1.4中的中的3。机座的作用有两个：一是用。机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为本
13、身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。由钢板焊接而成。 4) 电刷装置电刷装置 电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的，如图电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的，如图1.7所示。电刷所示。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环使电刷与换向器之间有良
14、好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。置可以调整，调好以后加以固定。主磁极的结构 换向极 电刷装置 1主磁极 2励磁绕组 3机座 1换向极铁心 2换向极绕组 1刷握 2电刷 3压紧弹簧 4刷辫 2. 转子转子(电枢电枢) 1) 电枢铁心电枢铁心 电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成厚的硅钢
15、片冲制而成的冲片叠压而成(冲片的形状如图冲片的形状如图1.8(a)所所示示)，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。 2) 电枢绕组电枢绕组 电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈(以下称元件以下称元件)按一定规律连接
16、按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定，如图须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定，如图1.9所所示。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。示。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。 3) 换向器换向器 在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢
17、线圈在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以转子结构图 电枢槽的结构 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 电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘，换向片动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘，换向片的紧固通常如图的紧固通常如图1.
18、10所示，换向片的下部做成鸽尾形，两端用钢制所示，换向片的下部做成鸽尾形，两端用钢制V形套筒和形套筒和V形形云母环固定，再用螺母锁紧。云母环固定，再用螺母锁紧。 4) 转轴转轴 转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。钢加工而成。换向器结构 单叠绕组元件 单波绕组元件 1换向片 2连接部分 1首端 2末端 3元件边4端接部分 5换向片 1首端 2末端 3元件边4端接部分 5换向片 二）、直流电机的电枢绕组二）、直流电机的电枢绕组 按照连接规律的不同，电枢绕组分为单叠绕组按照连接规律的不同，电枢绕组分为单
19、叠绕组(见图见图1.11)、单波绕组、单波绕组(见图见图1.12)。本节主要以常用术语讲起，阐述电枢绕组的构成原理和连接规律。本节主要以常用术语讲起，阐述电枢绕组的构成原理和连接规律。 几个常用术语几个常用术语 1) 电枢绕组元件电枢绕组元件 电枢绕组元件由绝缘漆包铜线绕制而成，每个元件有两个嵌放在电枢槽电枢绕组元件由绝缘漆包铜线绕制而成，每个元件有两个嵌放在电枢槽内、能与磁场作用产生转矩或电动势的有效边，称为元件边。元件的槽外部内、能与磁场作用产生转矩或电动势的有效边，称为元件边。元件的槽外部分亦即元件边以外的部分称为端接部分。为便于嵌线，每个元件的一个元件分亦即元件边以外的部分称为端接部分
20、。为便于嵌线，每个元件的一个元件边嵌放在某一槽的上层，称为上层边，画图时以实线表示；另一个元件边则边嵌放在某一槽的上层，称为上层边，画图时以实线表示；另一个元件边则嵌放在另一槽的下层，称为下层边，画图时以虚线表示。每个元件有两个出嵌放在另一槽的下层，称为下层边，画图时以虚线表示。每个元件有两个出线端，称为首端和末端，均与换向片相连。线端，称为首端和末端，均与换向片相连。 2)实槽和虚槽实槽和虚槽 电枢绕组上实际开出的槽叫实槽，每个实槽里面放置了多排导线，电枢绕组上实际开出的槽叫实槽，每个实槽里面放置了多排导线，把实槽平均分开，分成几个虚槽。把实槽平均分开，分成几个虚槽。3）元件数、换向片数、虚
21、槽数）元件数、换向片数、虚槽数如图如图1.11、图、图1.12所示。每一个元件有两个元件边，每片换向片又总是接所示。每一个元件有两个元件边，每片换向片又总是接一个元件的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数一个元件的上层边和另一个元件的下层边，所以元件数S总等于换向片数总等于换向片数K，即即S=K；而每个电枢槽分上下两层嵌放两个元件边，所以元件数而每个电枢槽分上下两层嵌放两个元件边，所以元件数S又又等于虚槽数等于虚槽数Qu，即即S=K= Qu 。3）极距极距 沿电枢表面圆周上相邻两磁极间的距离，可用长度和虚槽数表示。沿电枢表面圆周上相邻两磁极间的距离，可用长度和虚槽数表示。 4) 绕组节距绕组
22、节距 节距是用来表征电枢绕组元件本身和元件之间连接规律的数据。直流电节距是用来表征电枢绕组元件本身和元件之间连接规律的数据。直流电机电枢绕组的节距有第一节距机电枢绕组的节距有第一节距Y1、第二节距第二节距Y2、合成节距合成节距Y和换向器节距和换向器节距Yk 4种，如图种，如图1.13所示。所示。(a) 单叠绕组 (b) 单波绕组 电枢绕组节距 第三章第三章 习习 题题1313、直流电动机起动时，为什么要在电枢电路中接入起动电阻？若把起动电、直流电动机起动时，为什么要在电枢电路中接入起动电阻？若把起动电阻留在电枢回路中长期运行，对电机有什么影响？阻留在电枢回路中长期运行，对电机有什么影响？141
23、4、他励电动机在运行过程中，若励磁绕组断线，会出现什么情况？、他励电动机在运行过程中，若励磁绕组断线，会出现什么情况？1515、有、有一台他励一台他励直流电动机，其额定数据如下：直流电动机，其额定数据如下：P PN N=2.2kW=2.2kW， U Uf f =U =UN N=110V =110V ，n nN N=1500r/min=1500r/min，N N=0.8=0.8，并已知：并已知： R Ra a=0.4=0.4W W，R Rf f=82.7=82.7W W，试求：（试求：（1 1）额定电）额定电枢电流；（枢电流；（2 2）额定励磁电流）额定励磁电流；（；（3 3）额定输出转矩；（）
24、额定输出转矩；（4 4）额定电流时的反）额定电流时的反电动势。电动势。1616、他励直流电动机常用哪几种方法进行调速？它们的主要特点是什么？、他励直流电动机常用哪几种方法进行调速？它们的主要特点是什么？1717、一台他励一台他励直流电动机直流电动机P PN N=29kW=29kW，U UN N=440V =440V ，n nN N=1050r/min=1050r/min， R Ra a=0.3=0.39393W W，I IN N=76.2A=76.2A，重物类额定负载。重物类额定负载。（1 1）电动机在能耗制动下运行，转速）电动机在能耗制动下运行，转速n nN N=500r/min=500r/min，求求电枢回路中串接的电电枢回路中串接的电阻阻R RZ1Z1为为多大？多大？（2 2）电动机在倒拉反接制动下运行，转速）电动机在倒拉反接制动下运行，转速n nN N=600r/min=600r/min，求求电枢回路中串接电枢回路中串接的电阻的电阻R RZ2Z2 ，以及电网供给的功率以及电网供给的功率P P1 1和和电枢回路的总电阻上消耗的功率。电枢回路的总电阻上消耗的功率。
