第六章直流电机的工作原理和基本结构.

第二篇直流电机第六章直流电机的用途、工作原理与结构6-2直流电机的工作原理6-3直流电机的基本结构6-4直流电机按励磁方式的分类6-5直流电机的额定值直流电机分为电动机和发电机直流发电机①用于大型同步发电机的励磁电源。②化学工业中的电镀、电解③直流输电（容量可比交流发电提高30％）直流电动机①起动性能好，用于电力机车、重型机械。②调速性能好，高精度、高性能电力拖动，如驱动轧钢机，可以实现无级调速。6-2直流电机的工作原理2、直流电动势的产生1、电磁转矩的产生3、直流电动机的换向（直流电动机）（直流发电机）电动机原理直流电动机用来拖动生产机械，如拖动电力机车、吊车、机床等输入电功率输出机械功率电流、电压电磁转矩怎样使一台直流电机通电后能转动并输出机械功率？先复习皮奥——萨伐——拉普拉斯定律。若磁场与载流导体互相垂直，作用在导体上的电磁力：f=BIL(N)NBSfif——电磁力，可使导体运动，用左手定则确定B——磁场的磁感应强度(wb/m2)I——通电导体的电流（A）L——导体的有效长度（m）载流导体在磁场内受到电磁力电机简单结构（剖面图）磁极固定，电枢可以转动。·×磁极NS电枢磁轭.电机轴向NS轴生产机械电枢槽中嵌入的线圈轴向看电枢电动机转动条件：B磁极和励磁电流（或永久磁铁）；i电枢开槽嵌入线圈，而且线圈通入电流；L线圈有效长度。L线圈在电枢槽内的导体电流是直流电还是交变电？如何把电流传导到旋转的电枢槽内的导体中？N左手判断电磁力fs磁场由上往下穿过手心磁场由下往上穿过手心fNSNSff上图说明，若电枢线圈中的电流保持不变，则电枢来回摆动，甚至不能转动。电枢NSNSff电枢..导体电流必须“随机应变”转动到N极下的导体，电流方向是正向电流；转动到S极下的导体，电流方向是反向电流；同一导体转到不同磁极下方，电流发生换向。直流电动机电枢绕组内流动的是随磁极极性变化而换向的交变电流。如何把外部电源电流传导到旋转的电枢槽内的导体中？如何使直流电动机电枢绕组的电流随磁极极性变化而换向？注意：正电刷A位置对应N磁极；负电刷B位置对应S磁极。NSInAB电刷与磁极相对静止换向器1234换向器中的换向片随电枢同步转动，而且与线圈焊接。NSV-B+A1234电枢、线圈与换向片的关系示意图N极下无论对应哪一个根导体，导体中的电流为正向电流；S极下对应导体的电流方向为反向电流。电动机正常工作需要一个换向器。换向器由互相绝缘的铜质换向片构成，与固定不动的电刷滑动接触。换向器的作用：①使电动机能连续的转动。②使转动的电枢绕组与静止的电源滑动接触。1、直流电源4、换向器及电刷3、磁极和励磁电流直流电动机()需要:BILf2、电枢绕组U电枢电流Ia励磁电流If电动机电路原理图2、直流电动势的产生（直流发电机）发电机工作原理输入机械功率输出电功率原动机拖动电枢转动E=BLV（感应电动势)用右手判断电动势方向直流发电机的结构中也需要换向器吗？N右手判断感应电动势ns磁场由上往下穿过手心磁场由下往上穿过手心.nNSNS电枢..直流发电机电枢内的电动势随极性变化而交变怎样才能使直流发电机向外输出直流电？NSInABNSInAB对比：直流电动机直流发电机直流发电机由于电刷仅接触同一磁极下的导体，所以导体虽然在N、S极下感应电动势方向不同，但一经电刷就变为方向不变的直流电动势。可见：直流电动机和直流发电机都需要换向器。问：为什么叫直流发电机，直流电动机？直流电机外部为直流电，电枢内部为交流电，励磁电流也是直流电，所以称之为直流电机。换向器在直流发电机中的作用：电枢中的交变电动势换向器输出直流电换向器在直流电动机中的作用：换向器电枢中的交变电流输入直流电换向器可以把电机外部直流换向为交变电；把电机内部的交流电换向为外部的直流电。如果直流电机换向器损坏了，会发生什么情况？发电机与电动机结构是否相同？输入机械功率发电机原动机换向器Ea=BLV输出电功率电负载发电机换向器作用示意图直流发电机的工作原理动生产机械（被拖动的负载）×输出机械功率电动机换向器nf=BiL电动机换向器作用示意图输入电功率静I1、原动机拖动（v或n)3、磁极和励磁电流直流发电机（）需要：BLVEa2、电枢绕组4、换向器和电刷1、直流电源2、换向器及电刷4、磁极和励磁电流直流电动机()需要:BILf3、电枢绕组一台直流电机运行可逆有原动机拖动，发电机运行输入直流电，电动机运行同一台电机，能作电动机或发电机运行的原理，称为可逆原理。3、直流电动机的换向0itNSaIaIKTKT换向时间dtdiL能量释放时将在电刷间引起强烈的换向火花。换向火花超过一定限度时，会使电刷和换向器损坏。换向火花还会对无线电通讯产生干扰。6-3直流电机的基本结构静止部分主磁极机座端盖轴承电刷装置转动部分电枢铁芯电枢绕组换向器风扇转轴励磁绕组①轴的作用？固定电枢，又可使电枢随轴旋转。②电枢的作用？电枢槽中可嵌入线圈的导体，可作为磁路的一部分。③端盖：可支承轴。④轴承：套在端盖中，使轴与端盖之间滚动摩擦，可减少摩擦，避免磨损、发热、烧坏轴承。轴承结构外环，嵌入端盖静止内环，与轴相联，随轴转动滚子，内外环滚动摩擦，减小摩擦⑤机座：固定端盖、磁极，是一部分磁路，有底脚，将整个电机固定与基础上。⑦换向器及电刷：⑥磁极：固定于机座上，N、S交替，磁极上绕励磁线圈，是电磁机构中产生磁的重要部分。极靴作用：卡住励磁绕组，使主磁通在气隙中分布合理。一、主磁极机座极身极靴励磁绕组主磁极结构主磁极叠片1、磁极表面对应电枢齿槽，磁极表面对应槽时气隙大，磁通小；磁极对应齿时气隙小，磁通大。电枢移动时，Ø脉振，产生少许铁耗。磁通交变的原因：NØSØv2、电枢旋转经过N、S极，如右图所示，电枢中有交变磁通。绕制好的励磁绕组套在铁芯外③励磁绕组圆截面或矩形截面的绝缘导线绕在绕组框架上，经浸胶（漆）及烘干后一起套入主磁极铁芯。各主极上的励磁绕组彼此间用串联方式连接，保证各磁极电流相等。如何使磁极交替变化？ØSN线圈绕向不同，使磁极N、S交替。机座固定主极及端盖，借助底脚将整个电机固定于基础上，也作为磁轭构成一部分磁路（定子磁轭）。由铸钢或钢板焊接而成，使具有良好的导磁性能和机械性能。二、机座电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座（摇环）组成。电刷（石墨）放在刷握上的刷盒内，用弹簧将它压紧在换向器上，而刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上（不止一个电刷），必须绝缘。三、电刷装置刷杆座可转动，调节好与换向器的对应接触位置后，固定在端盖或机座上。铜丝辫是外部电源与电刷的连接线。四、电枢铁芯由电枢铁心和主磁场间的相对运动，导致铁耗，电枢铁芯由0.5mm厚的电工硅钢片冲叠，每张冲片有嵌放绕组的槽。电枢铁芯固定在转子支架上或直接固定在转轴上。电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成。它是直流电机的主要电路部分。电动机通电流产生电磁转矩，发电机感应产生电动势都在电枢绕组中，它是实现机电能量转换的关键部件。槽楔导体（线圈）层间绝缘槽底绝缘槽绝缘电枢槽横截面线圈伸出槽外的端接部分，用非磁性钢丝或玻璃丝带紧，防止离心力将绕组甩出槽内。槽楔把绕组压紧在槽内，防止离心力将绕组甩出槽内。电刷12槽内部分换向片五、换向器换向器与电枢首尾相连，随轴转动。换向器由换向片组成，电枢中每个线圈两端分别焊接在两个换向片上。换向器是直流电机中最重要的部件之一，也是最薄弱的环节。换向片之间用0.4~1.2mm的云母片绝缘，换向片嵌入V形套筒，V形套筒又套在轴上，与电枢同轴转动（相对静止）。问：20个线圈需要多少换向片？20片换向片合成一圆柱体套在轴上，电枢也套在轴上，轴转动，换向器与轴同步转动。换向片的侧面是V形的，正好可以嵌入具有V形槽的套筒中。6-4直流电机按励磁方式的分类各种直流电机采用不同励磁方式时，它们的运行性能差别很大。所以通常按励磁方式分类直流电机。1、他励（电机需要两套电源）他励式的励磁绕组由另外一个电源供电励磁。+-UE-IfUf+-永磁式直流电机因其主磁场由永久磁铁建立，属于他励式。2、自励式（电机只需一个电源）并励串励复励励磁绕组与电枢绕组的连接方式分为：自励式①并励并励直流电机+-IfUE-+IaI发电机电动机IaUE-+fIIfaIIIfaIIIIaUE-+fIIaI电枢电流fI励磁电流对发电机而言，励磁电流由该电机电枢供电。Ia=I=If串励电机电流关系：串励直流电机+-E-+UI②串励复励直流电机③复励有两套励磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。UE-+F1F21F2F1F2F当和产生的磁动势方向相同时是积复励；1F2F方向相反时是差复励。EF1F2长复励EF1F2短复励6-5直流电机的额定值每台直流电机的机座上钉有一块铭牌，上面标注电机的额定值。KWPN1000VUN1000VIN20min1000rnN此外铭牌上还有NNTNfNUfNI额定效率：额定转矩：额定励磁电流：额定温度：额定励磁电压：直流电动机功率：PN=UNINηN指电动机轴上输出的机械功率。直流发电机功率：PN=UNIN指发电机输出的电功率。本章应掌握：1、换向器的作用2、直流电机的可逆性3、直流电机励磁的分类4、铭牌数据的额定功率，指输出额定功率课1、换向器与电刷无接触时，直流电动机转速为零2、直流发电机换向器与电刷无接触时，电刷两端的电动势零3、直流发电机换向器与电刷无接触时，换向器两换向片间的电动势元件电动势4、直流电动机电枢绕组中流通C、随时间交变的电流B、随磁极极性而换向的交变电流A、直流电流5、直流电机被原动机拖动，励磁供电产生磁场，电机将处什么运行状态？答：发电机状态（E=BVL）6、电枢输入直流电，励磁供电产生磁场，直流电机处于何种运行状态？答：电动机状态(f=BiL)？7、直流发电机正负电刷间的电动势是C、随时间交变的电动势B、随磁极极性而改变的交变电动势A、直流电动势8、直流电动机换向器把直流电转换为随磁极极性而变的交变电流。9、直流发电机换向器把电枢内的转换为电刷端的电刷端电枢绕组随磁极极性变化的交变电动势直流电源10、当直流电机磁极旋转，电枢静止时A、换向器静止，电刷旋转B、换向器旋转，电刷静止C、换向器静止，电刷静止D、换向器旋转，电刷旋转作业：思考题：1626习题：1626电枢换向器NS电枢绕组与换向片焊接电枢绕组电动机工作原理