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直流电机简介

来源:鸿运,鸿运游戏,鸿运电子游戏发布时间:2020/01/16点击数:

  鸿运国际官网课题八 直流电机简介 8.1 直流电机的基本工作原理 图 8.1 是一台直流电机的最简单模型。N 和 S 是一对固定的磁极,可以是电磁铁,也可 以是永久磁铁。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体,称为电枢铁心。铁心表面固定一个 用绝缘导体构成的电枢线圈 abcd,线圈的两端分别接到相互绝缘的两个半圆形铜片(换向片) 上,它们的组合在一起称为换向器,在每个半圆铜片上又分别放置一个固定不动而与之滑动 接触的电刷 A 和 B,线圈 abcd 通过换向器和电刷接通外电路。 图 8.1 直流电动机工作原理示意图 一、直流电动机工作原理 将外部直流电源加于电刷 A(正极)和 B(负极)上,则线圈 abcd 中流过电流,在导体 ab 中,电流由 a 指向 b,在导体 cd 中,电流由 c 指向 d。导体 ab 和 cd 分别处于 N、S 极磁场 中,受到电磁力的作用。用左手定则可知导体 ab 和 cd 均受到电磁力的作用,且形成的转矩 方向一致,这个转矩称为电磁转矩,为逆时针方向。这样,电枢就顺着逆时针方向旋转,如 图 8.1(a)所示。当电枢旋转 180°,导体 cd 转到 N 极下,ab 转到 S 极下,如图 8.1(b)所示, 由于电流仍从电刷 A 流入,使 cd 中的电流变为由 d 流向 c,而 ab 中的电流由 b 流向 a,从 电刷 B 流出,用左手定则判别可知,电磁转矩的方向仍是逆时针方同。 由此可见,加于直流电动机的直流电源,借助于换向器和电刷的作用,使直流电动机电 枢线圈中流过的电流,方向是交变的,从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变,确保直 流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。 实际的直流电动机,电枢圆周上均匀地嵌放许多线圈,相应地换向器由许多换向片组成, 使电枢线圈所产生的总的电磁转矩足够大并且比较均匀,电动机的转速也就比较均匀。 8.2 直流电机的结构和额定值 一、直流电机的结构 由直流电动机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大 部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁 场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部 分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转 换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇 等组成。装配后的电机如图 8.3 所示。直流电机的纵向剖视图如图 8.4 所示。 1. 定子 (1)主磁极 主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组 成。铁心一般用 0.5mm~1.5mm 厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成,分为极身和极靴 两部分,上面套励磁绕组的部分称为极身,下面扩宽的部分称为极靴,极靴宽于 极身,既可以调整气隙中磁场的分布,又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕 制而成,套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上,如图 8.5 所示。 图 8.3 直流电机装配结构图 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 图 8.4 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 (2)换向极 换向极的作用是改善换向,减小电机运行时 电刷与换向器之间可能产生的换向火花,一般装 在两个相邻主磁极之间,由换向极铁心和换向极 绕组组成,如 8.6 所示。换向极绕组用绝缘导线 绕制而成,套在换向极铁心上,换向极的数目与 主磁极相等。 (3)机座 电机定子的外壳称为机座,见图 8.4 中的 3。 机座的作用有两个:一是用来固定主磁极、换 图 8.5 主磁极的结构 向极和端盖,并起整个电机的支撑和固定作用; 1—主磁极 2—励磁绕组 3—机座 二是机座本身也是磁路的一部分,借以构成磁极之间磁的通路,磁通通过的部分称为磁轭。 为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能,一般为铸钢件或由钢板焊接而成。 (4)电刷装置 电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的,如图 8.7 所示。电刷装置由电刷、 刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内,用弹簧压紧,使电刷与换向器之间有良好的 滑动接触,刷握固定在刷杆上,刷杆装在圆环形的刷杆座上,相互之间必须绝缘。刷杆座装 在端盖或轴承内盖上,圆周位置可以调整,调好以后加以固定。 图 1.6 换向极 图 1.7 电刷装置 1—换向极铁心 1—刷握 2—电刷 2—换向极绕组 3—压紧弹簧 4—刷辫 2. 转子(电枢) (1)电枢铁心 电枢铁心是主磁路的主要部分,同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由 0.5mm 厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成(冲片的形状如图 8.8(a)所示),以降低电机运行时电 枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开 有电枢槽,槽内嵌放电枢绕组。 图 8.8 转子结构图 (2)电枢绕组 电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量变换的关键部件, 所以叫电枢。它是由许多线圈(以下称元件)按一定规律连接而成,线圈采用高强度漆包线或 玻璃丝包扁铜线绕成,不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中,线圈与铁心之间以及 上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外,槽口用槽楔固定, 如图 8.9 所示。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无 纬玻璃带进行绑扎。 (3)换向器 在直流电动机中,换向器配以电刷,能将外加直 流电源转换为电枢线圈中的交变电流,使电磁转矩的 方向恒定不变;在直流发电机中,换向器配以 电刷,能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为 正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换 向片组成的圆柱体,换向片之间用云母片绝缘,换向 图 8.9 电枢槽的结构 片的紧固通常如图 8.10 所示,换向片的下部做成鸽 1—槽楔 2—线—电枢导体 尾形,两端用钢制 V 形套筒和 V 形云母环固定,再用 4—层间绝缘 5—槽绝缘 6—槽底绝缘 螺母锁紧。 (4)转轴 转轴起转子旋转的支撑作用,需有一定的机械强度和刚度,一般用圆钢加工而成。 图 8.10 换向器结构 图 8.11 单叠绕组元件 1—换向片 2—连接部分 1—首端 2—末端 3—元件边 4—端接部分 5—换向片 二、直流电机的励磁方式 励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按励磁方式的不同,直流电机可以分为以下 4 类。 (1)他励直流电机 励磁绕组由其他直流电源供电,与电枢绕组 之间没有电的联系,如图 8.13(a)所示。永磁直 流电机也属于他励直流电机,因其励磁磁场与电 枢电流无关。图 8.20 中电流正方向是以电动机 为例设定的。 (2)并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联。如图 8.13(b)所 示。励磁电压等于电枢绕组端电压。 以上两类 电机的励磁电流只有电机额定电流的 1%~5%, 图 8.12 单波绕组元件 所以励磁绕组的导线—端接部分 5—换向片 励磁绕组与电枢绕组串联,如图 8.13(c)所示。励磁电流等于电枢电。