直流电机的工作原理及特性

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1、第三章直流电机的工作原理及特性直流电动机的构造较复杂，价格也比交流电动机昂贵,维护维修也较困难。近年来，由于变频调速技术的发展，在中小功率的电动机调速领域中，交流电动机正逐步取代直流电动机。尽管如此，由于直流电动机具有转速稳定、便于大范围平滑调速、起动转矩较大等优点。因此，广泛用于要求进行平滑、稳定、大范围的调速或需频繁正、反转和启、停，多单元同步协调运转的生产机械等。3.1直流电机的基本结构和工作原理一、直流电机的基本结构直流电机包括静止的和转动的两大部分，静止部分称为定子，转动部分就是转子，静止和转动

2、部分之间要有一定大小的间隙(以后称为气隙)。定子的主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。转子(通常称为电枢)的作用是产生电磁转矩和感应电动势，由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成。直流电机的剖面主磁极励磁绕组机座换向极换向极绕组电枢绕组电枢铁心主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。1.主磁极主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极掌，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主

3、磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按N，S极交替出现。2.换向极换向极，又称附加极或间极，是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向性能。换向极结构和主磁极类似。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装换向极的。换向极绕组与电枢绕组串联。换向极绕组换向极铁心3．机座机座通常由铸钢或厚钢板焊成。它有两个作用：一个是用来固定主磁极、换向极和端盖

4、；另一个作用是作为磁路的一部分。机座中有磁通经过的部分称为磁轭。4.电枢铁心电枢铁心既是主磁通的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用硅钢片叠压夹紧而成。直流电机电枢5.换向器换向器是由若干彼此间用云母片绝缘的铜片(即换向片)组成，如图所示。换向器的作用：对于直流电动机，它将外加的直流电动势逆变成电枢绕组的交流电流，以产生恒定的电磁转矩。6．电刷装置电刷装置是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。电刷由石墨制成，放在刷握内，用弹簧压紧在换向器

5、上，刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷架上，彼此之间都绝缘。刷架装在端盖或轴承内盖上，调整位置以后，将它固定。现将国产直流电动机系列简介如下:一.Z型系列Z为直流电机的汉语拼音第一个字母。这种系列是通风保护式的。适用于调速范围不大的机械拖动，少灰尘，少腐蚀及温度低的场所。二.Z2型系列它是Z型系列的改进型,也上保护式。调速范围可达3比1，即可超过额定转速的一倍。三.ZO型系列这种电机是封闭式的，用于多灰尘但无腐蚀性气体的场所。四.ZD型系列主要用于需要广泛调速，具有较大的过载能力的场所。如大型机床、卷扬机、起重

6、设备。五.ZQD型系列它是直流牵引电动机，用于牵引车辆。直流电动机的型号以Z2-31型电机为例：Z2系列是一般用途的中小型直流电动机，共分11个机座号，每个机座号有二种铁心长度，功率范围为0.4～200kW；转速范围600～3000r/min。直流电机的额定值主要有：1.额定功率PN：指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以W为量纲单位。若大于1KW或1MW时,则用KW或MW表示。2.额定电压UN：指额定状态下电枢出线端的电压，以V为量纲单位。3.额定电流IN：指电机在额定电压、额定功率时的

7、电枢电流值，以A为量纲单位。4.额定转速nN：指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位。5.额定励磁电流If：指电机在额定状态时的励磁电流值。注意:对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积，即PN＝μUN×IN二、直流电机的基本工作原理为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。1—主磁极：励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励磁电流通过，使定子铁心产生固定磁

8、场，即定子的主要作用是产生主磁场。2—电枢绕组：在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或产生机械转矩，实现能量的转换。5—换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转，主要作用对发电机而言是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电刷间的直流电势。对电动机而言，则是将外加的直流电流转换为电枢绕组的交变电流，并保证每一磁极下，电枢导体的电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。3—电刷4—换向片发电机原理：将机械能转换为电能。电枢由