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1、电机及拖动技术电机及拖动技术许璐许璐204204办公室办公室直流电机概述直流电机用途直流电机用途1直流电机工作原理直流电机工作原理2直流电机基本结构直流电机基本结构3额定值和主要系列额定值和主要系列4v直流电机是电能和机械能相互转换的旋转直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。电机之一。 v直流电机分为直流电动机和直流发电机。直流电机分为直流电动机和直流发电机。 直流发电机：机械能直流发电机：机械能直流电能直流电能 直流电动机：直流电能直流电动机：直流电能机械能机械能v直流电动机的优点：直流电动机的优点：（1 1）调速范围广，易于平滑调速；）调速范围广，易于平滑调速；（2 2）启动、制动
2、和过载转矩大；）启动、制动和过载转矩大；（3 3）易于控制，可靠性较高。）易于控制，可靠性较高。v直流电机的主要缺点直流电机的主要缺点: :换向问题换向问题 直流电机用途直流电机用途1限制了它的极限容量限制了它的极限容量又增加了维护工作量又增加了维护工作量 v直流电动机应用于直流电动机应用于对起动和调速性能要求较对起动和调速性能要求较高高的生产机械，例如电力机车、轧钢机、大的生产机械，例如电力机车、轧钢机、大型机床、矿井卷扬机、船舶机械、造纸和纺型机床、矿井卷扬机、船舶机械、造纸和纺织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。v直流发电机主要用作直流电源，为
3、直流电动直流发电机主要用作直流电源，为直流电动机、电解、电镀等提供所需的直流电能。机、电解、电镀等提供所需的直流电能。直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理21 1、直流电动机的基本工作原理、直流电动机的基本工作原理载流导体载流导体abab、cdcd在磁场中产生电磁力在磁场中产生电磁力f f形成电磁转矩带动转子旋转形成电磁转矩带动转子旋转直流电动机工作原理模型直流电动机工作原理模型产生磁场：（产生磁场：（N N、S S极）极）基于电磁力定律：左手定则基于电磁力定律：左手定则-+ffn例例1-1 1-1 电动机电动机拖动的生产设拖动的生产设备常需要作正备常需要作正转或反转运动，转或反转运动
4、，如电力机车的如电力机车的前行和倒退，前行和倒退，就要求牵引电就要求牵引电动机能正、反动机能正、反转。分析前图转。分析前图中的直流电动中的直流电动机如何能反转机如何能反转( (顺时针旋转顺时针旋转)?)?2.直流发电机的基本工作原理直流发电机的基本工作原理基于电磁感应原理：右手定则基于电磁感应原理：右手定则产生磁场：（产生磁场：（N N、S S极）极）运动导线运动导线abab、cdcd切割磁场切割磁场线圈感应电动势线圈感应电动势交变交变换向整流换向整流电刷间输出直流电动势电刷间输出直流电动势直流发电机的工作原理模型直流发电机的工作原理模型2 2、直流发电机的基本工作原理、直流发电机的基本工作原
5、理例例1-21-2 如果前图中的直流发电机顺时针旋转，电刷两端的电动势极性有何变化？还有什么因素会引起同样的变化？+- -NSv换向器作用：换向器作用：v在发电机发电机中起整流整流作用，使线圈中的交变电动势电刷间的直流电动势。v在电动机电动机中起逆变逆变作用，使电刷间的直流电线圈内的交变电，保证电动机的转向恒定。3 3、直流电机的可逆原理、直流电机的可逆原理v一台直流电机，原则上既可以做直流电动一台直流电机，原则上既可以做直流电动机运行，又可以做直流发电机运行，这叫做机运行，又可以做直流发电机运行，这叫做直流电机的直流电机的可逆原理可逆原理。u如果电机转子输入机械能，而电枢绕如果电机转子输入机
6、械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；组输出电能，电机作为发电机运行； 如果在电枢绕组中输入电能，转子输出如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。机械能，则电机作为电动机运行。电机的实际运行方式由外施条件决定：电机的实际运行方式由外施条件决定：直流电机基本结构直流电机基本结构3换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖电枢铁心电枢铁心电枢绕组电枢绕组换向器换向器转轴转轴风扇风扇主磁极主磁极转子转子定子定子静止部分静止部分: :定子定子旋转部分旋转部分: :转子转子中间有气隙中间有气隙电磁方面：产生磁场和构成磁路。电磁方面：产生磁场和构成磁路。 机械方面：整
7、个电机的支撑。机械方面：整个电机的支撑。作用主要部件：磁极、机座、换向极、电刷、端盖等作用感应电动势和产生电磁转矩，感应电动势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换从而实现能量的转换主要部件：电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴承和风扇等 直流电机基本结构直流电机基本结构3（电枢）（电枢）主磁极主磁极1 1、定子部分、定子部分产生磁场，产生磁场，N N、S S 相隔，用相隔，用p p表示极对数表示极对数导磁和机械支撑导磁和机械支撑机座机座由磁极铁心和励磁绕组构成,磁极铁心由极身和极靴组成.作用作用: :改善直流电机的换向，一般电机容量超过1kW时均应安装换向极。 安装在相邻两主磁极之间，用螺钉固定在机座
8、上。用整块钢制成，也可用用整块钢制成，也可用厚厚1 1 厚钢板或硅钢片叠厚钢板或硅钢片叠成成换换向向极极作用：作用：将旋转的电枢与固定不动的外电路相将旋转的电枢与固定不动的外电路相连，把直流电压和直流电流引入或引出连，把直流电压和直流电流引入或引出 电电刷刷1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）2、转子部分、转子部分2 2、转子部分、转子部分材料材料：为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心 用或厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。用或厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。 作用：作用：通过磁通和嵌放通过磁通和嵌放电枢绕组。电枢绕组。电电枢枢铁铁心心铁心冲片铁
9、心冲片换向器换向器作用：作用：实现电刷内外交直流的转换实现电刷内外交直流的转换由许多燕尾状的铜片间由许多燕尾状的铜片间隔绝缘云母片而成隔绝缘云母片而成材料：材料：采用导电性能好、硬度大、耐磨采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。性能好的紫铜或铜合金制成。 主极极靴和电枢间主极极靴和电枢间的间隙。不均匀。的间隙。不均匀。3 3、气隙、气隙作用：作用：保证了电机的保证了电机的转子的正常旋转，又转子的正常旋转，又是磁路的重要组成部是磁路的重要组成部分。分。小型电机气隙约为小型电机气隙约为5 5mmmm；大型电机气隙可；大型电机气隙可达达5 51010mm mm 。v所谓所谓系列电机系
10、列电机就是在应用范围、结构形就是在应用范围、结构形式、性能水平和生产工艺等方面有共同性，式、性能水平和生产工艺等方面有共同性，功率按一定比例递增，并成批生产的一系功率按一定比例递增，并成批生产的一系列电机，我国目前生产的直流电机的主要列电机，我国目前生产的直流电机的主要系列有：系列有：额定值和主要系列额定值和主要系列4Z Z系列：一般用途直流电动机系列：一般用途直流电动机 （如（如 Z2Z2， Z3Z3，Z4Z4等系列）；等系列）；ZFZF系列：一般用途直流发电机系列：一般用途直流发电机ZTZT系列：广调速直流电动机；系列：广调速直流电动机；ZZJZZJ系列：冶金起重机用直流电动机；系列：冶金
11、起重机用直流电动机；ZQZQ系列：直流牵引电动机；系列：直流牵引电动机；ZHZH系列：船用直流电动机；系列：船用直流电动机； ZAZA系列：防爆安全型直流电动机；系列：防爆安全型直流电动机； ZKJZKJ系列：挖掘机用直流电动机；系列：挖掘机用直流电动机； ZJZJ系列：精密机床用直流电动机；系列：精密机床用直流电动机； 直流电机的主要系列简介直流电机的主要系列简介铭牌数据：铭牌数据： 额定值额定值 是制造厂对各种电气设备在指是制造厂对各种电气设备在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在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额定状态下运行时，可以保证各电
12、气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值期可靠地工作。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，故又据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值叫铭牌值。额定值和主要系列额定值和主要系列4电机型号电机型号铭牌数据主要有：铭牌数据主要有：额定功率额定功率额定电压额定电压额定电流额定电流额定转速额定转速额定励磁电流额定励磁电流励磁方式励磁方式出厂数据如出厂编号、出厂日期等出厂数据如出厂编号、出厂日期等Z 27 2 一一般般用用途途直直流流电电机机 第第二二次次改改型型设设计计 机座号机座号 电枢铁心
13、长度电枢铁心长度1 1、电机型号、电机型号1号为短铁心，号为短铁心，2 号为长铁心号为长铁心1号最小，号最小，12 号最大号最大型号表明电机所属的系列及主要型号表明电机所属的系列及主要特性。知道了型号，可从相关手特性。知道了型号，可从相关手册中查出电机的许多技术数据。册中查出电机的许多技术数据。2 2、额定值、额定值(1)(1)额定功率额定功率P PN N P PN N(kw) (kw) 是指在规定的工作条是指在规定的工作条件下，长期运行允许件下，长期运行允许输出的功率输出的功率。对于发电。对于发电机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；对于电动机，则是指轴
14、上输出的机械功率。对于电动机，则是指轴上输出的机械功率。(2)(2)额定电压额定电压N N U UN N(V)(V)对发电机来说，是指对发电机来说，是指在额定电流下输出额定功率时的端电压；对在额定电流下输出额定功率时的端电压；对电动机来说，是指所规定的正常工作时，加电动机来说，是指所规定的正常工作时，加在电动机两端的直流电源电压。在电动机两端的直流电源电压。(3)(3)额定电流额定电流I IN N I IN N(A)(A)是直流电机正常工作是直流电机正常工作时输出或输入的最大电流值。时输出或输入的最大电流值。对于发电机，三个额定值之间的关系为 PN=UNIN 对于电动机，三个额定值之间的关系为
15、 PN=UNINN 额定效率：额定效率：N =（PN/P1）100%(4)(4)额定转速额定转速n nN N nN (r/min)(r/min)是指电机额定是指电机额定运行时的转速。运行时的转速。例例1-3 1-3 一台直流一台直流发电机发电机， P PN N=10KW=10KW，U UN N=230V=230V，n nN N=2850r/min=2850r/min， N N=85%=85%。求其额定电流和额定负载。求其额定电流和额定负载时的输入功率。时的输入功率。 解解 例1-4 一台直流电动机，PN=17KW，UN=220V，nN=1500r/min，N=83%。求其额定电流和额定负载时的输入功率。 解解
