华北电力大学电机学87讲直流电机(10)直流电机的基本原理和结构

第二十二章直流电机的基本工作原理和基本结构第四篇直流电机1.掌握直流电机的基本工作原理2.了解直流电机的的基本结构3.了解直流电机的额定值本章基本要求直流电机的基本工作原理和基本结构概述直流电机的基本工作原理直流电机的基本结构直流电机的型号和额定值主要内容直流电机的基本工作原理和基本结构22.1概述直流电机的基本工作原理和基本结构直流电机是根据电磁感应定律和电磁力定律实现机械能与直流电能转换的机器分类：直流电机直流发电机：直流电动机：机械能电能电能机械能用途：•直流发电机：电源励磁机信号传递测速发电机22.1概述直流电机的基本工作原理和基本结构用途：•直流电动机：动力用-直流电动机信号传递直流伺服电动机优点：•直流发电机：波形平滑性好，电磁干扰小•直流电动机：①调速范围宽，平滑性好；②起动、过载、制动转矩大；③易于控制，可靠性高；④调速时能量损耗小，经济，系统成本低。22.1概述直流电机的基本工作原理和基本结构缺点：应用实例：•直流发电机：直流电动机的电源、同步机的励磁、电镀、电解、电冶炼等的直流电源•直流电动机：给粉系统、卷扬机、大型机床、电力机车、电车、电气机车牵引、造纸、纺织拖动、吊车、挖掘机械、轧钢机、船舶推进等成本高、结构和工艺复杂、维修困难、安全可靠性差。发展趋势：直流发电机逐步被电力电子整流电源所取代；直流电动机逐步被交流电动机所取代；22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理通过换向片，电刷A总与位于N极下的导体相连，极性为正。电刷B总与位于S极下的导体相连，极性为负22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理线圈中的电动势和电流均为交流xxeBlvB通过换向片，电刷固定接于某一磁极下的导体换向器将电枢绕组中的交流电转化为电刷两端的直流电22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理增加导体可减小感应电动势的脉动。当有足够多的线圈和换向片时，可获得稳定直流电势。当每极下导体数大于8时，脉动可小于1%。22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流发电机的工作原理结论：1）电枢绕组内电势、电流为交流电；2）电刷间为直流电势。绕组中感应电势与电流方向一致；3）电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的磁场；4）产生的电磁转矩与转子转向相反，为制动性质；5）原动机克服电磁制动转矩作功，将机械能转换为电能。22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构二、直流电动机的工作原理在直流电动机中，虽然外加电源为直流，但通过换向器的作用，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，从而使电磁转矩的方向始终保持不变。即线圈中的电流是交变的，但产生的电磁转矩方向是恒定的。xfBli22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构二、直流电动机的工作原理(a)(b)Sabcd-ⅠⅡABNSabcd-ⅠⅡABN++iiiinn22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构二、直流电动机的工作原理22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构结论：1）外施电压、电流是直流，电枢绕组内电流是交流；2）电枢绕组中感应电势与电流方向相反；3）线圈是旋转的，电枢电流是交变的。电枢电流产生的磁场在空间上是恒定不变的；4）产生的电磁转矩与转子转向相同，为驱动性质；5）电磁转矩克服负载转矩作功，将电能转换为机械能。二、直流电动机的工作原理22.2直流电机的基本工作原理直流电机的基本工作原理和基本结构三、直流电机的可逆原理同一台直流电机，通过改变外界条件，既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行。在电机理论中称为可逆原理。如果用原动机拖动电枢旋转，可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电，此为发电机运行。如果在电刷端外加直流电压，则可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能，此为电动机运行。22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构主要由定子、转子两部分组成直流电机定子转子电枢铁心轴承换向器风扇转轴电枢绕组机座换向极主磁极电刷装置端盖主极铁心励磁绕组刷杆电刷刷握刷杆座(产生励磁磁场)(产生电动势，流过电流，产生电磁转矩)风扇机座电枢铁心和绕组主磁极电刷换向器接线板接线盒励磁绕组端盖22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构NSNS22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构21N极和S极成对出现且沿圆周均匀交替分布；极对数：N极或S极的个数，通常用p表示；极数：主磁极的个数，等于2p。p=2即4极电机22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构23一、主磁极作用：产生主磁场构成：⑴主极铁心：1~1.5mm厚的钢板⑵励磁绕组：用绝缘铜线构成主磁极钢板冲片（1-1.5mm厚）主磁极由钢板冲片叠压而成励磁绕组套在主磁极极身上22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构24一、主磁极22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构25二、换向极（附加极）作用：改善换向构成：铁心：整块钢或钢板绕组：和电枢绕组串联位置：两个主磁极的中心线上→几何中心线个数：一般和主极个数一样。也有是主极个数的一半。22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构26三、机座作用：①固定主磁极、换向极和端盖等②主磁路的一部分（磁轭）构成：铸钢或厚钢板焊接四、电枢铁心作用：①主磁路②安放电枢绕组构成：硅钢片迭成电枢铁心冲片(0.35-0.5mm厚)（硅钢片）涂绝缘漆冲片叠压而成均匀开槽22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构27五、电枢绕组六、换向器作用：将线圈里的交流电势变为电刷端的直流电势。或把外加的直流电流变为线圈中的交流电流。构成：铜片组成，用云母绝缘作用：感应电动势和通过电流，实现能量转换构成：按一定规律连接的绝缘铜线构成22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构28换向器22.3直流电机的基本结构直流电机的基本工作原理和基本结构29七、电刷装置作用：保持和换向器的滑动接触，与换向器配合，将线圈中的交流电势变为电刷上的直流电势构成：电刷、刷握、刷杆、刷杆座个数：与磁极个数相同。22.4直流电机的型号和额定值直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流电机的型号（Z）型号表明电机的系列及主要特点。知道了电机的型号，便可从相关手册及资料中查出该电机的有关技术数据。22.4直流电机的型号和额定值直流电机的基本工作原理和基本结构一、直流电机的型号（Z）22.4直流电机的型号和额定值直流电机的基本工作原理和基本结构二、直流电机的额定值1．额定功率PN（W或kW）：电机在额定运行时的输出功率。发电机：电刷间输出的电功率。PN＝UNIN电动机：轴上输出的机械功率。PN＝UNINηN2．额定电压UN（V）：额定运行状况下，直流发电机的输出电压或直流电动机的输入电压。3．额定电流IN（A）：额定电压和额定功率时允许电机长期输入（电动机）或输出（发电机）的线端电流。22.4直流电机的型号和额定值直流电机的基本工作原理和基本结构二、直流电机的额定值3．额定电流IN（A）直流发电机：IN＝PN×103/UNA直流电动机：IN＝PN×103/(UNηN)A4．额定转速nN（r／min）：在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转子转速。5．额定效率ηN：直流电动机额定输出功率与电动机额定输人功率比值的百分数。