电机变压器原理与维修课件：直流电机

直流电机任务２直流电机的使用任务１直流电机的认识任务３直流电动机的运行任务４直流电机的检修任务１直流电机的认识学习目标¤了解直流电机的用途和基本结构。¤熟悉直流电机的铭牌数据。¤熟悉直流电机的分类。¤掌握直流电机的拆装和安装技能。任务引入本任务的主要内容是对直流电机进行拆装，进而掌握直流电机的基本结构及用途，熟悉直流电机的铭牌数据等。相关知识一、直流电机的结构直流电机由定子和转子两大部分组成，在定子和转子之间存在一个间隙，称做气隙。常见的直流电机外形图ａ）Z系列ｂ）Z2系列ｃ）Z4系列ｄ）ZSN4系列直流电机的内部结构图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．定子部分（１）主磁极主磁极包括铁心和励磁绕组两部分。励磁绕组通常用圆形或矩形的绝缘导线制成一个集中的线圈，套在磁极铁心外面。主磁极铁心一般用1～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压铆接而成。主磁极总是N、S两极成对出现。各主磁极的励磁绕组通常是相互串联连接，连接时要能保证相邻磁极的极性按N、S交替排列。主磁极的结构１—主磁极２—励磁绕组３—机座（２）换向极如图所示，换向极也由铁心和绕组构成。换向极装在主磁极之间，换向极的数目一般等于主磁极数，在功率很小的电机中，换向极的数目有时只有主磁极极数的一半，或不装换向极。换向极的作用是改善换向，防止电刷和换向器之间出现过强的火花。换向极１—换向极铁心２—换向极绕组（３）电刷装置电刷装置一般由电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧和刷杆座等组成，如图所示。电刷装置的作用是通过与换向器表面的滑动接触，把电枢中的电动势（电流）引出或将外电路电压（电流）引入电枢。（４）机座和端盖机座一般用铸钢或厚钢板焊接而成。它是电机磁路的一部分；还用来固定主磁极、换向极及端盖，借助底脚将电机固定于基础上；端盖主要起支撑作用，端盖固定于机座上，其上放置轴承，支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。电刷装置１—刷杆座２—刷握３—电刷４—刷杆５—压紧弹簧２．转子部分转子是电机的转动部分，转子的主要作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换，是使机械能转变为电能（发电机）或将电能转变为机械能（电动机）的枢纽。转子结构图ａ）转子外形图ｂ）转子内部结构图１—转轴２—电枢铁心３—换向器４，６—电枢绕组５—镀锌钢丝７—风扇３．气隙静止的磁极和旋转的电枢之间的间隙称为气隙。在小容量电机中，气隙为0.5～3mm。气隙数值虽小，但磁阻很大，为电机磁路的主要组成部分。气隙大小对电机运行性能有很大影响。二、直流电机的铭牌数据直流电机铭牌１．型号型号包含电机的系列、机座号、铁心长度、设计次数、极数等。如：国产电机型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写的拼音字母表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号，第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号。2．额定值（1）额定功率PN（容量）指电机在额定情况下，长期运行所允许的输出功率。（2）额定电压UN

指正常工作时，电机出线端的电压值。（3）额定电流IN（4）额定转速nN（5）励磁方式通常有他励、并励、串励和复励四种。（6）励磁电压ULN（7）励磁电流ILN（8）定额（工作制）也就是电机的工作方式。（9）绝缘等级是指直机制造时所用绝缘材料的耐热等级。（10）额定温升三、直流电机的分类励磁方式是指直流电机主磁场产生的方式。不同类型直流电机的接线图与特点不同类型直流电机的接线图与特点任务２直流电机的使用学习目标¤掌握直流电机的工作原理。¤了解直流电机的特点。¤熟悉直流电机的基本理论。¤熟悉直流电机的电枢反应。¤能够正确使用和维护直流电机。任务引入本任务的主要内容是熟悉直流电机的使用和维护，并对直流电机进行保养。相关知识一、直流电机的工作原理为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化为图所示直流发电机简单结构、图所示的直流电动机简单结构。简化后的直流发电机结构简化后的直流电动机结构１．直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理：直流电动机在外加直流电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中将受电磁力的作用，由于换向器的换向作用，导体在进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩的方向不变，使直流电动机能连续旋转，把直流电能转换成机械能输出。直流电动机工作原理图２．直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理：直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变电动势，通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而实现了将机械能转换成直流电能的目的。直流发电机工作原理图二、直流电动机的特点直流电动机具有以下优点：第一，调速性能好，调速方便、平滑，调速范围广。第二，启动、制动转矩大，易于快速启动、停车。第三，易于控制，能实现频繁快速启动、制动以及正反转。直流电动机的主要缺点是电枢电流换向问题，在换向时产生的火花最终将造成电刷与换向片间接触不良，它限制了直流电动机的极限容量，又增加了维护的工作量。三、直流电机的基本理论１．电枢反应和换向（１）电枢反应直流电机负载运行时，电枢绕组中有电流流过，该电流建立的磁场称为电枢磁场。此时主磁场和电枢磁场同时存在，电枢磁场对主磁场的影响就叫做电枢反应。电枢反应ａ）主磁场ｂ）电枢磁场ｃ）合成磁场（２）换向直流电机运行中，电枢绕组元件经过电刷时，从一条支路进入另一条支路，电流的方向发生变化，这个过程叫换向，如图所示。换向过程2．直流电机的电枢电动势Ea、电磁转矩T、电磁功率P（1）电枢电动势Ea

电枢绕组在磁场中运动产生的感应电动势称为电枢电动势。式中Ea——电枢电动势，V；

Φ——每极气隙磁通，Wb；

n——电机转速，r/min；

Ce——电机结构常数，直流发电机中，电枢电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电源电动势。直流电动机中，电枢电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势。（2）电磁转矩T

电枢绕组中有电流时，受到电磁力的作用产生的转矩称为电磁转矩。式中T——电磁转矩，N·m；

Φ——每极气隙磁通，Wb；

Ia——电枢电流，A；

Cm——电机转矩常数，直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用不同。直流发电机的电磁转矩是制动转矩，它与电枢转动的方向或原动机的驱动转矩的方向相反。（３）电磁功率P电机运行方式比较任务３直流电动机的运行学习目标¤了解直流电动机的机械特性。¤熟悉直流电动机的启动原理和方法。¤掌握直流电动机的调速原理和方法。¤掌握直流电动机的制动和反转原理和方法。任务引入本任务主要学习直流电动机的机械特性，以及直流电动机的启动、调速、制动和反转原理、方法及其应用，并对直流电动机的启动、正反转和能耗制动控制线路进行搭接、调试。相关知识一、直流电动机的机械特性1．他励直流电动机的机械特性在电源电压U

和励磁电路的电阻Rf

为常数的条件下，表示电动机的转速n

和转矩T

之间的关系n=f（T）曲线，称为机械特性曲线。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。转速调整率小，则机械特性硬度就高。因此，他励电动机常用于在负载变化时要求转速比较稳定的场合。如要求恒速的金属切削机床、造纸机械等。他励直流电动机的原理电路图他励直流电动机的机械特性２．并励直流电动机的机械特性并励直流电动机具有与他励电动机相似的“硬”的机械特性，由于并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，共用一个电源，电枢电压的变化会影响励磁电流的变化，使机械特性比他励稍软。３．串励电动机的机械特性如图所示，由于串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，故串励电动机的励磁电流等于它的电枢电流，它的主磁通Φ

随着电枢电流的变化而变化，这是串励电动机最基本的特点。串励直流电动机的原理图和机械特性４.人为机械特性固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性。人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性。（１）电枢串电阻时的人为机械特性（２）改变电枢电压时的人为机械特性（３）减弱磁通时的人为机械特性他励直流电动机改变电枢电压时的机械特性他励直流电动机弱磁时的机械特性５．并励与串励电动机性能比较并励与串励电动机性能比较二、直流电动机的启动直流电动机从接入电源开始，转速由零上升到某一稳定转速为止的过程称为启动过程或启动。1．启动条件当电动机启动瞬间，n=0，反电动势Ea=0，此时电动机中流过的电流叫启动电流Ist，对应的电磁转矩叫启动转矩Tst。直接启动时，启动电流Ist=UN/Ra，将升到很大的数值，同时启动转矩也很大，过大的电流及转矩。电动机启动时，一要有足够大的启动转矩Tst；二要启动电流Ist不能太大。另外，启动设备要尽量简单、可靠。一般小容量直流电动机因其额定电流小可以采用直接启动，而较大容量的直流电动机不允许直接启动。2．启动方法（1）电枢回路串电阻启动启动时在电枢回路中串入启动电阻Rst进行限流，电动机加上额定电压UN，Rst的数值应使Ist不大于允许值。由于每段电阻的切除都需要有一个触点控制，因此启动级数不宜过多，一般为2～5级。变阻器外形图和直流电动机的串变阻器启动电路（２）降压启动降压启动只能在电动机有专用电源时才能采用。启动时，通过降低电枢电压来达到限制启动电流的目的。为保证足够大的启动转矩，应保持磁通不变，待电动机启动后，随着转速的上升，反电动势的增加，再逐步提高其电枢电压，直至将电压恢复到额定值，电动机在全压下稳定运行。直流电动机串电阻三级启动时的机械特性三、直流电动机的反转直流电动机的反转方法有两种：一种是改变磁通（Φ）的方向，另一种是改变电枢电流的方向。由于磁滞及励磁回路电感等原因，反向磁场的建立过程缓慢，反转过程不能很快实现，故一般多采用后一种方法。他励电动机正反转的电路原理图如图所示。他励电动机正反转的电路原理图四、直流电动机的制动1．能耗制动电动机原来工作于电动运行状态，制动时保持励磁电流不变，将电枢两端从电网断开；并立即接到一个制动电阻Rz

上。2．反接制动反接制动分为倒拉反接制动和电枢电源反接制动两种。倒拉反接制动时，电动机从电源及负载处吸收电功率和机械功率，全部消耗在电枢回路电阻上。3.