直流电机结构和工作原理.ppt
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1、关于直流电机的结构与工作原理第一张,PPT共八十二页,创作于2022年6月1.1直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理直流电机直流电机直流电动机:直流电动机:直流发电机:直流发电机:将机械能转化为电能。将机械能转化为电能。将电能转化为机械能。将电能转化为机械能。第二张,PPT共八十二页,创作于2022年6月主磁极主磁极换向极换向极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖定子定子转子转子电枢铁芯电枢铁芯电枢绕组电枢绕组换向器换向器转轴转轴轴承轴承1.1直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理1.1.1直流电机的主要结构直流电机的主要结构电枢电枢铁芯铁芯励磁绕组励磁绕组第三张,PPT共八
2、十二页,创作于2022年6月第四张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图1-1 直流电机结构图 第五张,PPT共八十二页,创作于2022年6月第六张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图图1-2 1-2 直流电机的正剖面图直流电机的正剖面图1 1极靴极靴 2 2电枢齿电枢齿 3 3电枢槽电枢槽 4 4主磁极主磁极 5 5励磁绕组励磁绕组 6 6机座(磁轭)机座(磁轭)7 7换向极换向极 8 8换向极绕组换向极绕组 9 9电枢绕电枢绕组组 1010电枢铁芯电枢铁芯 1111底脚底脚第七张,PPT共八十二页,创作于2022年6月.1.1 直流电机基本结构直流电机基本结构直流电机的结构由定子
3、定子和转子转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子定子,其主要作用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转子,其主要作用主要作用是产生电磁转矩或感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电电枢枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。第八张,PPT共八十二页,创作于2022年6月1定子部分定子部分1)主磁极主磁极 主磁极的作用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,如图1-3所示。铁心用0.51.5mm厚的钢钢板板冲片叠压铆紧而成,上面套励磁绕组的部分称为极身极
4、身,下面扩宽的部分称为极靴极靴,极靴宽于极身,既可使气隙中磁场分布比较理想,又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成,套在极身上,再将整个主磁极用螺钉固定在机座上。第九张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图1-3 主磁极 极靴极靴极身极身第十张,PPT共八十二页,创作于2022年6月2)2)换向极换向极(commutating pole)两相邻主磁极之间的小磁极叫换换向向极极,也叫附附加加极极或间间极极。换向极的作作用用是改改善善电电机机换换向向,减减小小电电机机运运行行时时电电刷刷与与换换向向器器之之间间可可能能产产生生的的火火花花。换向极由换向极铁心和换向极绕组构成,如图1-4
5、所示。换向极铁心一般用整整块块钢钢制成。对换向性能要求较高的直流电机,换向极铁心可用11.5 mm厚的钢板冲制叠压而成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成,套在换向极铁心上。整个换向极用螺钉固定于机座上。换向极的数目一般与主磁极相等。换向极的数目一般与主磁极相等。第十一张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图图1-4 1-4 换向极结构换向极结构第十二张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 3)机座机座 电机定子部分的外壳称为机座。机座一方面用来固定主磁极、换向极和端盖,并起到整个电机的支撑和固定作用;另一方面也是磁路的一部分,借以构成磁极之间的通路,磁通通过的部分称为磁轭磁轭。为保证机座具
6、有足够的机械强度和良好的导磁性能,一般为铸钢件铸钢件或由钢板钢板焊接而成。第十三张,PPT共八十二页,创作于2022年6月4)电刷装置电刷装置 电刷装置用以引入或引出直流电压或直流电流。引入或引出直流电压或直流电流。电刷装置由电刷、刷握杆和刷杆座电刷、刷握杆和刷杆座等组成。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,如图1-所示,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。第十四张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图图1-5 1-5 电刷盒装配电刷盒装配1 1刷盒刷盒 2 2电刷电刷 3
7、 3铜丝辫铜丝辫 4 4压紧弹簧压紧弹簧第十五张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 2转子转子(电枢电枢)部分部分 1)电电枢枢铁铁心心 是主磁通磁磁路路的主要部分,同时用以嵌嵌放放电枢绕组。为了降低电机运行时的电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗,电枢铁心用0.5mm厚的硅硅钢钢片片冲制的冲片叠压而成,冲片形状如图1-6所示。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。第十六张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图1-6 电枢铁心冲片(a)矩形槽;(b)梨形槽 第十七张,PPT共八十二页,创作于2022年6月2)电枢绕组电枢绕组电枢绕组的作作用用是产产生
8、生电电磁磁转转矩矩或或感感应应电电动动势势,是直流电机进行能量转换的关键部件。它由许多线圈按一定规律连接而成,线圈用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成。不同线圈边分上上、下下两两层层嵌放在电枢槽中,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(xie)固定,如图1-7所示。线圈边的端接部分用热固性无无纬纬玻璃带玻璃带进行绑扎。第十八张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图1-7 电枢绕组在槽中的绝缘情况 第十九张,PPT共八十二页,创作于2022年6月3)换向器换向器在直直流流电电动动机机中,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
9、变电流,使电电磁磁转转矩矩的的方方向向恒定不变;在直直流流发发电电机机中,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直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆圆柱柱体体,换向片之间用云母片绝缘。换向片的紧固通常如图1-8所示,换向片的下部做成鸽鸽尾尾形形,两端用钢制形套筒和形云母环固定,再加螺母锁紧。图1-9为直流电机换向器的侧剖面图。第二十张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图图1-8 换向器换向器 图图1-9 1-9 直流电机换向器直流电机换向器 的侧剖面图的侧剖面图第二十一张,PPT共八十二页,创作于2022年6月4)转轴转轴转轴起支撑转子旋转
10、的作用,需有一定的机械强度和刚度,一般用圆钢圆钢加工而成。第二十二张,PPT共八十二页,创作于2022年6月1.1.2 直流电机的基本原理直流电机的基本原理1、直流发电机工作原理、直流发电机工作原理 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。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。第二十三张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后 ,如右图。可见,和电刷A接触的导体总是位于
11、N极下,和电刷B接触的导体总是位于S极下。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;电刷电刷A极性仍为正,电刷极性仍为正,电刷B极性仍为负。极性仍为负。第二十四张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 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,因此电刷电刷A的极性总是正的,电刷的极性总是正的,电刷B的极性总是负的的极性总是负的,在电刷A、B两端可获得直流电动势。实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁芯表面的不同位置,按照一定的规律连接起来,构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对
12、。第二十五张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 直流发电机工作原理直流发电机工作原理: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,再通过换向器的换向作用换向器的换向作用,在电刷间获得直流电压输出,从而实现了机械能转换成直流电能的目的。第二十六张,PPT共八十二页,创作于2022年6月2、直流电动机工作原理、直流电动机工作原理 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。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逆时针方
13、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。第二十七张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 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。当电枢旋转到右图所示位置时 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。第二十八张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 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换向器的
14、换向作用,导体进入异性磁极时,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。第二十九张,PPT共八十二页,创作于2022年6月从以上分析可见:一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,取决于外界不同的条件。如果在电刷端外加直流电压,则电机把电能转变成机械能,作电动机运行电动机运行;如用原动机拖动直流电机的电枢旋转,电机能将机械能转换为直流电能,作发电机运行发电机运行。这种同一台电机既能作电动机运行,又能作发电机运行的原理,在电机理论中称为可逆原理可逆原理。本节作业:P11 1-1.1-2.1-3.第三十张,PP
15、T共八十二页,创作于2022年6月 电枢绕组是直流电机的核心部分核心部分。无论是发电机还是电动机,感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生,电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽,电枢绕组的名称由此而来,并为此把直流电机的转子称为电枢电枢。1.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 1.2.1基本知识基本知识 第三十一张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 1.绕组元件绕组元件 构成绕组的线圈称为绕组元件绕组元件,是用绝缘铜线绕制的。元件的开始端头称首端首端,终了端头称末端末端。嵌放在电枢铁芯槽中的直线部分称有效边有效边,连接两个有效边的部分称为端接部分端接部分,如图1-10所示。一个元件可以是单
16、匝或多匝。第三十二张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图1-10 直流电枢绕组元件 (a)叠绕组元件;(b)波绕组元件 第三十三张,PPT共八十二页,创作于2022年6月 每个元件有两个出线端,称首端和末端,与换向片相连的一端为前端接,另一端叫后端接。为便于嵌线,每个元件的一个元件边嵌放在某一槽的上层,称为上上元元件件边边,画图时以实线表示;另一个元件边则嵌放在另一槽的下层,称为下下元元件件边边,画图时以虚虚线线表示,图1-11所示。每一个元件有两个元件边,每片换向片又总是接一个元件的上层边和另一元件的下层边,所以元件数元件数S总等于换向片数换向片数K,即 (1.3.1)2.线圈数、槽数
17、、换向片数的关系:线圈数、槽数、换向片数的关系:第三十四张,PPT共八十二页,创作于2022年6月图1-11 电枢绕组在槽内的放置第三十五张,PPT共八十二页,创作于2022年6月每个元件有两个元件边,而每个电枢槽分上下两层嵌放两个元件边,所以元件数元件数S又等于槽数槽数Z,即(1-2)对于小容量电机,电枢直径小,电枢铁心外圆不宜开太多槽时,往往在一个槽的上层和下层各放两个元件边,即把一个实槽当成u个虚槽使用。虚槽数虚槽数与实槽数Z之间的关系为(1-3)为分析方便起见,本书中均设 ul。第三十六张,PPT共八十二页,创作于2022年6月3.叠绕组和波绕组叠绕组和波绕组 叠绕组叠绕组是指相串联的
18、后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面,整个绕组成褶叠式前进;波绕波绕组组是指相串联的两个元件像波浪式的前进如图所示。图图1-12 1-12 电枢绕组和节距电枢绕组和节距1 13 32 2y1y2yyk单叠绕组单叠绕组1 13 32 2y1y2yyk7 7单波绕组单波绕组第三十七张,PPT共八十二页,创作于2022年6月1.2.2 电枢绕组的节距电枢绕组的节距1极距极距 极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离。2 第第一一节节距距y1 第一节距是是指指一一个个线线圈圈两两有有效效边边之之间间在在电电枢枢表表面面上上的的跨跨距距,以槽槽数数表示,如图1-12所示。由于线圈边要放入槽内,所
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