直流电机的基本结构及工作原理.ppt

2019/7/20,1,第1章 直流电机,机电传动与控制,E-mail: ljx_ 联系电话2019/7/20,2,本章基本要求,了解直流电机的基本结构、工作原理 熟悉直流电机的励磁方式 理解直流电机电枢绕组的构成及特点 掌握电枢电动势和电磁转矩的计算 理解和掌握直流电机的工作特性和机械特性 了解直流电机的换向,2019/7/20,3,主磁极,换向磁极,电刷装置,机座,端盖,电枢铁心,电枢绕组,换向器,转轴,轴承,直流电机,一、直流电机的基本结构,1.1 直流电机的基本结构及工作原理,2019/7/20,4,直流电动机的构造,极掌,极心,励磁绕组,机座,转子,直流电动机的磁极和磁路,直流电机由定 子(磁极)、转子 (电枢)和机座等 部分构成。,2019/7/20,5,1、定子部分,（1）主磁极,1主磁极铁心,2励磁绕组,3机座,主磁极铁心用11.5mm厚的钢板冲片叠压而成。,2019/7/20,6,（2）换向极,1换向极铁心,2换向极绕组,换向极铁心一般用整块钢或钢板板叠片加工而成。,换向极绕组与电枢绕组串联。,作用：改善换向。,2019/7/20,7,（3）机座,作用： 一是用来固定主磁极、换向极和端盖等，起机械支承的作用； 二是作为电机磁路的一部分。,机座通常由铸钢或厚钢板焊成。,（4）电刷装置,电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。,1刷握,2电刷,3压紧弹簧,4铜丝辫,2019/7/20,8,2、转子部分,（1）电枢铁心,作用： 一是作为电机主磁路的主要部分； 二是嵌放电枢绕组。,为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通变化而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。,2019/7/20,9,（2）电枢绕组,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，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换的关键部件。,线圈用带绝缘的圆形或矩形截面导线绕成，嵌放在电抠槽内，上下层之间以及线圈与铁心之间都要妥善地绝缘。然后用槽楔压紧，再用钢丝或玻璃丝带扎紧，以防止离心力将绕组甩出槽外。,2019/7/20,10,（3）换向器,作用：是将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流，在直流发电机中，它将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势。,换向器由许多换向片组成。换向片之间用云母绝缘。电枢绕组的每一个线圈两端分别焊接在两个换向片上。,2019/7/20,11,直流电机的基本结构总结,主要由定子、转子两部分组成,直流电机,2019/7/20,12,二、直流电机的基本工作原理,2019/7/20,13,直流电机的工作原理,直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里, N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。,电刷,换向片,换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 直流电，以保 持转矩方向不 变。,2019/7/20,14,直流电动机的工作原理,2019/7/20,15,直流电动机运行时的几点结论：,1）外施电压、电流是直流， 电枢线圈内电流是交流； 2）线圈中感应电势与电流方向相反； 3）线圈是旋转的，电枢电流是交变的； 4）产生的电磁转矩T与转子转向相同，是驱动性质。,2019/7/20,16,直流发电机的工作原理,电刷,换向片,2019/7/20,17,直流发电机运行时的几点结论：,1）电枢线圈内电势、电流方向是交流电； 2）电刷间为直流电势。线圈中感应电势与电流方向一致； 3）从空间看， 电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场； 4）产生的电磁转矩T与转子转向相反， 是制动性质。,2019/7/20,18,励磁机,测速,伺服,直流发电机的用途,2019/7/20,19,结 论,从上述基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机远行，只是约束的条件不同而已。 在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机； 如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。 同一台电机既能作电动机又能作发电机运行的这种原理，在电机理论中称为可逆原理。,2019/7/20,20,直流电机的特点：,直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机过载能力较强，启动和制动转矩较大。 易于控制，可靠性较高 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高,2019/7/20,21,直流电机的励磁方式,IIa,IIaIf,I=Ia+If,I=Ia,Ifc=Ia,I=Ia+Ifb; I=Ifc=Ia+Ifb,2019/7/20,22,三、他励直流电动机的基本方程式,电枢电压平衡方程式,U Ea+ IaRa,1、电磁转矩,T = CTIa T 9550 P/n,2、电枢电动势,EaCen,2019/7/20,23,1、电压平衡方程式 U= Ea+IaRa 式中U电枢电压（V） Ia电枢电流（A） Ra电枢回路中总电阻（） 2、电动机的转矩平衡方程式 T= To+TL To空载转矩； TL负载静阻转矩，电动机稳定运行时，输出转矩T2=TL 3、功率平衡方程式 电源输入功率P1=U Ia 电磁功率 PM=EaIa（反电势从电源吸收的电功率） 电枢铜损耗 Pacu=IaRa P1=PM+Pacu PM=Po+P2,他励直流电动机的基本方程式,2019/7/20,24,功率平衡方程式,直流电动机输入的电功率是不可能全部转换成机械功率的，因为在转换的过程中存在着各种损耗。按其性质可分为机械损耗Pm，铁心损耗PFe，铜损PCu和附加损耗PS四种。,电动机总损耗P Pm + PFe + PCu + PS,电网向电动机输入的电功率P1 U I U Ia,电动机输出的机械功率 P2P1P,直流电动机的效率 =( P2 / P1 )100,2019/7/20,25,四、直流电机的额定数据,额定容量PN： 输出功率，单位kW,额定电压UN：额定状态下出线端电压，单位V,额定电流IN：额定状态下出线端电流，单位A,额定转速nN： 额定状态下的电机转速，单位r/min,额定励磁电压、额定励磁电流和励磁方式等。,电动机轴上输出的额定转矩：,2019/7/20,26,电机的铭牌数据,2019/7/20,27,2019/7/20,28,2019/7/20,29,直流电机的铭牌,WALLISDOWN SDOWN ROAD BOURNEMOUTH DORSET VOLTS 12 DC RPM 3800 AMPS 22 PM63-50-2-12-4300-3 0-CUS-NON COOE-63LN-6000 INS.CLASS F RATING.INT,2019/7/20,30,直流电机的铭牌,EMD电动机驱动 WALLISDOWN SDOWN ROAD 产地（英国）BOURNEMOUTH DORSET VOLTS 12 DC直流12伏 RPM 3800 3800转每分钟 AMPS 22电流22安 PM63-50-2-12-4300-3 0-CUS-NON COOE-63LN-6000公司产品系列号 INS.CLASS F国际评级，F级 RATING.INT,2019/7/20,31,直流电机主要系列,Z4 系列 一般用途的小型直流电动机。 ZT 系列 广