第17章电机学.ppt

1、17.0 本章要求 了解直流电机的结构 掌握直流电机的基本工作原理和额定值,17.1 直流电机的工作原理,17.2 直流电机的主要结构,17.3 直流电机的额定值,直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机具有良好的起动和调速性能，直流发电机供电质量较好，常作为励磁电源。与交流电机相比直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。,直流发电机（机械能电能） 直流电机 直流电动机（电能机械能） 突出优点： 1、调速范围宽，易于平滑调速，甚至达到无级

2、调速。 2、起动、制动转矩大，过载能力强。 3、容易控制，可靠性高。 4、调速时的能量损耗较小。 最大问题： 换向,17.1.1 直流发电机的工作原理,17.1 直流电机的工作原理,直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。,右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷A、B进行的。,方向：dcba,假设线圈逆时针匀速转动，ab和cd切割磁力线，根据电磁感应定律和右手定则可知感应电势。,电刷

3、A极性为正， 电刷B极性为负。,若线圈转过180，则感应电势方向为：abcd。 说明线圈每转一周，其感应电势就交变一次。,通过换向器的作用，A电刷始终是正极性而B电刷始终是负极性，从而在A、B之间获得直流电。,磁密波形,感应电势波形,此直流电势脉动太大，增加电枢上线圈数目，并按照一定的规律把它们连接起来，可使脉动程度减小。,直流发电机：实质上是装有换向器的交流发电机。,实际直流发电机的电枢有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极N、S成对交替旋转。,17.1.2 直流电动机的工作原理,A电刷接电源正极而B电刷接电源负极，根据电磁力定律和左手

4、定则可知电磁力的大小和方向 。,直流电动机是将电能转换成机械能的旋转机械。,ab受力方向向左，cd受力方向向右，这一对电磁力形成逆时针方向的电磁转矩，电机便逆时针方向旋转。,线圈每转一周，其内部电流就交变一次。,若线圈转过180，这时ab受力方向变为向右，cd受力方向变为向左，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针，电机持续逆时针方向旋转。,直流电动机：实质上是装有换向装置的交流电动机；载流导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子旋转。,在直流电动机中，外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷、和换向器再加到线圈上的。所以，导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩

5、的方向始终保持不变。,同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。,17.1.3 电机的可逆原理,结论：（1）电机内部（电刷为界），线圈中的感应电势、电流是交流量。 （2）电机外部（电刷两端），直流电。 （3）同一台电机既可以作电动机运行又可以作发电机运行，是可逆的。,同一台电机，在不同的条件下既能作发电机又能作电动机运行的原理。,17.2 直流电机的主要结构,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,气隙,电流电机的结构剖面图,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,17.2.1

6、 定子,主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置,（1）主磁极 产生恒定的主极磁场，成对交替出现。 构成：主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组。,1主极铁心；2励磁绕组；3机座,直流电机的主磁极,（2）换向极 附加极或间极，消除电机带负载时换向器产生的有害火花，改善换向。数目与主磁极相等。换向极绕组与电枢绕组串联。 构成：铁心和绕组。 容量1KW以上的直流电机，在相邻两主磁极之间要装上换向极。,（3）机座 主磁路的一部分定子磁轭 电机的机械支撑 构成：用厚钢板弯成筒形焊成或铸钢件制成。,（4）电刷装置 作用：电枢电路的引出（或引入）装置，与换向器配合获得直流电。 构成：电刷、刷盒、刷杆和连线等。,（

7、5）端盖 保护电机和工作人员，支撑转子（中、小型电机）。,17.2.2 转子（电枢）,电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴,直流电机的电枢 1转轴；2轴承；3换向器；4电枢铁心； 5电枢绕组；6风扇；7轴承,（2）电枢绕组 作用：主要电路部分，产生感应电势和流过电流，实现机电能量转换。 构成：许多按一定规律排列和联接的线圈。,（3）换向器 发电机：交变电势直流电势（输出）； 电动机：直流电流交变电流（输入）。 构成：由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒、片间用V形云母绝缘，两端再用两个形环夹紧而构成。,（1）电枢铁心 作用：1、主磁路的主要部分； 2、嵌放电枢绕组。 构成：一般用0.35或0.5mm厚的硅钢片叠压而成 。,17.2.3 气隙,小型：13mm；大型：1012mm,（4）转轴、绕组支架、风扇 安放铁心和加强冷却。,额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦称电机满载运行，否则为欠载或过载。,17.3 直流电机的额定值,有些物理量虽然不标在铭牌上，但它们也是额定值，例如在额定运行状态的转矩、效率分别称为额定转矩、额定效率等。,电动机：,发电机：,电动机：,电机运行时，所有物理