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直流电机根本道理

来源:鸿运,鸿运游戏,鸿运电子游戏发布时间:2020/01/12点击数:

  直流电机基本原理 李小鹏 副教授 天津工程师范学院 第二章 直流电机基本原理 主要内容 ? 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 ? 2.2 直流电机的电枢绕组 ? 2.3 直流电机空载和负载时的磁场 ? 2.4 感应电动势和电磁转矩 ? 2.5 直流发电机及其运行特性 ? 2.6 直流电动机及其运行特性 ? 2.7 直流电动机的固有特性和人为特性 ? 2.8 换向 共8节 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2.1.1 直流电机的基本工作原理 1、直流电机的构成 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2.1.1 直流电机的基本工作原理 2、直流发电机的基本工作原理 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 的电刷进行的。 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2、直流发电机的基本工作原理 当原动机驱动电机转子逆时针 旋转 1800 后 ,如右图。 导体ab在S极下,a点低电 位,b点高电位;导体cd在N极 下,c点低电位,d点高电位; 电刷A极性仍为正,电刷B极性 仍为负。 可见,和电刷A接触的导体总 是位于N极下,和电刷B接触的导 体总是位于S极下, 英国:法拉第 比利时:格拉姆(实用化) 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 ωt=0°时,A端为☉,与之相接触 的电刷B1为+,X端为⊕,与之相 接触的电刷B2为-;当电枢旋转了 90°后,即ωt=90°时,X端旋转 到N极下,X端为☉,A端旋转到S 极下,A端为⊕。 线圈AX地感应电势波形图 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 换向器作用 从分析中可得出: N极下导体电势指向纸外,电 刷B1总为+;S极下导体电势指向纸 内,电刷B2总为-,不难看出,线圈 中的电势是交流电势,而通过换向 器的作用,使电刷间的电势为直流 电势。 电刷B1与B2间的电动势波形图 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2、直流发电机的基本工作原理 英国:锂琦 换向器和电刷作用 ? 换向器和电刷的共同作用:①将线圈中的交流 电势整流成刷间的直流电势;②把转动的电路 与外面不转的电路连接。 线圈AX地感应电势波形图 电刷B1与B2间的电动势波形图 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2、直流发电机的基本工作原理 换向器和电刷作用 从刷间电势波形看,电势脉动很大,为了减小电势的 脉动程度,实际电机采用很多元件组成电枢线圈, 均匀分布在电枢表面,并按一定规律连接,刷间串 联元件数增多,脉动减小,就得到所需的直流电。 线圈AX地感应电势波形图 电刷B1与B2间的电动势波形图 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 3、直流电动机的基本工作原理 直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。 在磁场作用下,N极性下导体 ab受力方向从右向左,S 极下导体 cd受力方向从左向右。该电磁力形 成逆时针方向的电磁转矩。当电磁 转矩大于阻转矩时,电机转子逆时 针方向旋转。 把电刷A、B接到直流电源上, 电刷A接正极,电刷B接负极。此时 电枢线圈中将电流流过。如右图。 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 3、直流电动机的基本工作原理 当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S极下, 受力方向从左向右,原S 极下导体 cd转到N极下,受力方向从右向左。 该电磁力形成逆时针方向的电磁转 矩。线圈在该电磁力形成的电磁转 矩作用下继续逆时针方向旋转。 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。 俄国:雅克比 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 3、直流电动机的基本工作原理 换向器和电刷的作用 ? ①将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电; ? ②把外面不转的电路与转动的电路连接。 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2.1.2 直流电机的基本结构 直流电机结构图 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 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 定子 直 流 电 机 转子 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 1、定子 ? ? 定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座等组成。 主磁极由主极铁芯和励磁绕组组成,铁芯用1~1.5mm 的钢板冲片叠成,外套励磁绕组。主磁极的作用是 建立主磁场,它总是成对出现,N、S极交替排列。 换向极也由铁芯和绕组组成,铁芯一般是由整块钢 组成,换向极安放在相邻两主磁极之间,它的作用 是改善电机的换向。 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧等组成, 它的作用是连接转动和静止之间的电路。 机座作用是固定主磁极等部件,同时也是磁路的一 部分。 美国:爱迪生 ? ? ? 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 主磁极、换向极、电刷装置示意图 主磁极与换向极示意图 电刷装置图 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2、转子(电枢) ? 转子由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴等 组成。 ? 电枢铁芯一般用0.5mm涂过绝缘漆的硅钢片叠 压而成,作用是嵌放电枢绕组,同时它又是电 机主磁路的一部分。 ? 电枢绕组由绝缘导线绕制成的线圈(又称绕组元件) 按一定规律联接组成,每个元件两个有效边分别嵌 放在电枢铁芯表面的槽内,元件的两个出线端分别 与两个换向片相连。电枢绕组的作用是产生感应电 势和电磁转矩,是实现机电能量转换的枢纽。 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 换向器由许多相互绝缘的换向片组成,作用是将 电枢绕组中的交流电整流成刷间的直流电或将刷间 的直流电逆变成电枢绕组中的交流电。 德国:西门子公司(铜) 美国:福布斯(石墨) 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 3、气隙 为了使电机能够运转,定子和转子之间 要 留有一定大小的间隙,此间隙称为气隙,它 是主磁路的一部分。 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 2.1.3 励磁方式 直流电机的励磁方式是指励磁绕组获得励磁电流的 方式。除永磁式微直流电机外,直流电机的磁场都是 通过励磁绕组通入电流激励而建立的。按励磁方式不 同可分为四种:他励、并励、串励和复励。 英国:希奥斯(他) 1、他励 励磁绕组接在独立的电源上,与电枢绕组无关。 2、并励 英国:怀尔德 励磁绕组与电枢绕组并联。 3、串励 励磁绕组与电枢绕组串联。 4、复励 2.1 直流电机的工作原理和基本结构 直流发电机的励磁方式 1、他励:直流电机的励磁电流 由其它直流电源单独供给。如图 所示。 他励直流发电机的电枢电流 和负载电流相。