机电传动期末论文

1机电传动期末论文课题名称：直流电机的基本结构和工作原理专业：机械设计制造及其自动化系别：机械与汽车工程学院姓名：石卓玉班级：机械1305班学号：3130107501指导老师：阮玉镇2016年5月30日星期一2目录摘要……………………………………………………………3关键词…………………………………………………………3一．引言………………………………………………………3二．直流电机的基本结构……………………………………41.主磁极……………………………………………………42.换向极……………………………………………………43.机座………………………………………………………44.电刷装置…………………………………………………45.电枢铁芯…………………………………………………56.电枢绕组…………………………………………………57.换向器……………………………………………………5三．直流电机的工作原理……………………………………51.直流电动机的工作原理…………………………………52.直流发电机的工作原理…………………………………6四.发展与应用………………………………………………61.直流电机的发展…………………………………………72.直流电机的应用…………………………………………7参考文献………………………………………………………83直流电机的基本结构和工作原理机械1305班石卓玉3130107501摘要：论述直流电动机和直流发电机的工作原理；描述直流电机的主要组成部件及其作用；以及直流电机的发展与应用。关键词：直流电动机；直流发电机；基本结构；工作原理；发展与应用；一．引言直流电机是一种能够实现机电能量转换的装置。将机械能转换为直流电能的旋转电机则称为直流发电机，它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，交流电整流还不能和直流发电机相比。将直流电能转换成机械能的旋转电机称为直流电动机。直流电动机具有过载能力强、起动转矩大、制动转矩大、调速范围广、调速的平滑性好、调速方式易于控制、调速时损耗小等许多优点。因此，直流电动机被广泛地应用在电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和各种设备中。但随着电力电子技术的发展，各种大功率电力电子器件的涌现，以及直流电机与交流电机相比具有结构复杂、成本较高等缺点，使得直流电机有逐步被交流电机取代的趋势。尽管如此，分析和研究直流电机仍有一定的理论价值和实际意义。直流电机虽有功率大小和用途不同的区别，但其基本结构和基本原理大体相同。4二．直流电机的基本结构直流电机由静止的定子和旋转的转子(也称为电枢)构成，定子和转子之间存在不均匀的气隙。定子的作用是产生主磁场和作为电机的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、电刷装置等。转子(电枢)的作用是感应电动势并产生电磁转矩，以实现机电能量转换，它包括电枢铁心、电枢绕组、换向器等。1.主磁极主磁极也称为主极，其作用是产生气隙主磁场。在一般的大、中型直流电机中，主磁极铁心一般用厚度为1～1．5mm的钢板冲片叠压紧固而成。绕制好的励磁绕组套在主磁极铁心外面，整个主磁极用螺钉固定在机座上。各主磁极上励磁绕组的连接必须使其通过励磁电流时，相邻磁极的极性呈N极和s极交替排列。主磁极铁心的下部(称为极靴)比套绕组的部分(极身)要宽，以使励磁绕组牢固地套在主磁极铁心上。2.换向极换向极又称为附加极，它装在两个主极之间，用来改善直流电机的换向。换向极由换向极铁心和换向极线圈构成。换向极铁心大多用整块钢加工而成。但在整流电源供电的功率较大电机中，为了更好地改善电机换向，换向极铁心也采用叠片结构。换向极线圈与主极线圈一样也是用圆铜线或扁铜线绕制而成，经绝缘处理后套在换向极铁心上，最后用螺钉将换向极固定在机座内壁。3.机座机座通常由铸钢铸成或由厚钢板焊成，是电机的机械支撑，用来固定主磁极、换向极和端盖；同时它又是电机磁路的一部分。机座上作为磁路的部分常称为磁轭。4.电刷装置电刷装置是将直流电压、直流电流引入或引出电枢绕组的装置，它由电刷、刷握和铜丝辫构成。电刷由石墨制成，放在刷握内，用弹5簧紧压在换向器表面。一般电刷装置的组数与电机的主磁极极数相等。5.电枢铁芯电枢铁芯是电机磁路的一部分，也是承受电磁力作用的部件。当电枢在磁场中旋转时，在电枢铁心中将产生涡流和磁滞损耗，为了减小这些损耗的影响，电枢铁心通常用0.5mm厚的电工钢片迭压而成，电枢铁心固定在转子支架或转轴上。6.电枢绕组电枢绕组由许多按一定规律连接的线圈组成，用来感应电动势和通过电流，是直流电机的主电路。线圈一般用带绝缘的圆形或矩形截面导线绕制而成，嵌放在电枢槽中，线圈的一条有效边嵌放在某个槽的上层，另一条有效边则嵌放在另一槽的下层。7.换向器换向器由许多彼此绝缘的换向片构成。它和电刷一起能将外部通入的直流转换成绕组内的交流或反之。电枢绕组每个线圈的两端分别焊接到两个换向片上。三.直流电机的工作原理1.直流电动机的工作原理直流电机作为电动机运行(见左图)时，将直流电源接在电刷之间而使电流通入电枢线圈。电流方向应该是这样的：N极下的有效边中的电流总是一个方向．而S极下的有效边中的电流总是另一个方向，这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因此而转动。当线圈的有效边从N(S)极下转刭S(N)极下时。其中电流的方向必须同时改变，以使电磁力的方向不变，而这也必须通过换向器才得以实现。电动机电枢线圈通电后在磁场中受力而转动，这是6问题的一个方面；另外，当电枢在磁场中转动时。线圈中也要产生感应电动势F．这个电动势的方向(由右手定则确定)与电流或外加电压的方向总是相反的。所以称为反电动势。它与发电机中电动势的作用是不同的。2.直流发电机的工作原理直流电机作为发电机运行(见左图)时，电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边(切割磁力线的导体部分)中便感应出电动势P。显然．每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向。当它转到S极下时是另一方向。但是，由于电刷A总是同与N极下的有效边相连的换向片接触的，而电刷B总是同与S极下的有效边相连的换向片接触的，因此，在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压。所以。换向器的作用在于将发电机电枢绕组内的交流电动势变换成电刷之间的极性不变的电动势。当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下，电路中就产生一定方向的电流。四．发展与应用电动工具结构轻巧，携带方便，比起手工工具可提高劳动生产率几倍到几十倍，有效率高，费用低，震动和噪声小，易于自动控制的优点。因此，电动工具，已广泛应用于机械，建筑，机电，冶金设备安装，桥梁架设，住宅装修，农牧业生产，医疗，卫生等各个方面。经过100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换，控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力，发展前景十分广阔。71.直流电动机的发展电动机是一种实现机，电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，同时，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期，电动机就逐渐代替了蒸汽机作为生产机械的原动机，一个世纪以来，随着自动控制系统和计算机技术的发展，控制电动机具有了很高的可靠性，精确度，快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。直流电动机以其转速高体积小，重量轻，起动转矩大，易调速，等特点，成为电动工具理想的驱动源。2.直流电机的应用92-95年以前，由于大功率晶闸管技术不过关，加上交流调速系统不成熟，大功率电机调速、精确调速在交流电机上无法实现，轧制电机多采用直流电机。95年后随着大功率晶闸管大批量的生产和计算机控制系统的高速发展，交流电动机的调速变得非常简单。我公司的几条热板、冷板生产线上的调速电机几乎都是采用交流变频调速系统；特别在冷板轧制中要求轧制变形量小、精确度高，交流电机都能满足生产要求；5M宽厚板项目中电机包括1.2万KW主轧电机都是交流电机，说明在大功率重负荷启动的要求下，交流电机仍能满足生产要求。直流电机调速逐渐在淡出舞台。但是鉴于直流电机的调速优势直流电机在很多领域还是无法替代的。在发电厂里，同步发电机的励磁机，蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机，此外，在许多工业部门，例如大幸轧钢设备，大型精密机床，矿井卷扬机，市内电车，电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作的。直流电机通常作为直流电源，向负载输出电能；还可以作为测速电机，伺服电机等。但鉴于直流电机结构复杂，维护成本高的不可避免的缺点，随着电力电子技术的发展，交流电动机终究会替代直流电动机。8参考文献［1］刘慧娟，范瑜主编,电机学,机械工业出版社,2014.04.［2］刘玫，孙雨萍编著,电机与拖动学习指导,机械工业出版社,2014.09.［3］冯清秀，邓星钟等编著,机电传动控制第5版,华中科技大学出版社,2011.06.［4］魏炳贵，电力拖动基础[M]，北京：机械工业出版社,2006.［5］程舟，电力拖动与电控技术[M]，二版，北京：电子工业出版社，2003.