电工学 教学课件 作者 常文平 第13章直流电机.ppt

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1、第13章直流电机定义：直流电机是机械能和直流电能互相转换的旋转机械装置。直流电机用作发电机时，它将机械能转换为电能；用作电动机时，它将电能转换为机械能。由于直流发电机的构造复杂，价格昂贵，工作可靠性也较差，因此随着近代工业电子技术的迅速发展，它逐渐被半导体整流电源取代。直流电动机虽然比三相异步电动机的结构复杂，维护也不方便，但是由于它具有良好的调速性能和较大的起动转矩，因此，在调速要求较高或一些特殊的场合，仍得到广泛使用。本章主要介绍直流电机的结构和工作原理、直流电机的机械特性、直流电动机的起动

2、、调速和制动。结构直流电机都是由定子和转子两大部分组成。1.定子定子是直流电机的静止部分，由主磁极、机座、换向极、端盖和电刷装置等部件组成。主磁极：由主磁极铁心和励磁绕组组成，励磁绕组通以励磁电流产生主磁场。换向磁极：换向磁极铁心和绕组组成，位于两主磁极中间，是比较小的磁极。改善电动机的换向条件，减小换向器上的火花。在小功率的直流电机中则不装换向极。13.1.1直流电机的结构13.1直流电机的结构和工作原理机座：铸钢或厚钢板制成，用来安装主磁极和换向磁极等部件和保护电机，它既是电机的外壳，又是电

3、机磁路的一部分。在机座的两边各有一个端盖，端盖的中心处装有轴承，用来支持转子的转轴，端盖上还固定有电刷架，用以安装电刷，并利用弹簧把电刷压在转子的换向器上。2.转子直流电机的转子通称为电枢，它包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件。电枢铁心由硅钢片叠压而成，其表面有许多均匀分布的槽，用来嵌放电枢绕组。电枢铁心也是直流电机磁路的一部分。电枢绕组有许多相同的线圈组成，按一定的规律嵌放在电枢铁心的槽内并与换向器相连，通以电流，在主磁场作用下产生电磁转矩。换向器又称整流子，是直流电机的特有装置

4、。它由许多楔形铜片组成，片间用云母或其它垫片绝缘，外表呈圆柱形，装在转轴上。每一换向铜片按一定规律与电枢绕组的线圈连接。在换向器的表面压着电刷，使旋转的电枢绕组与静止的外电路相通，以引入直流电。3.励磁方式直流电机的主磁场是由励磁绕组中的励磁电流产生的。由于励磁方式的不同，使得各种直流电机具有不同的特性。分类他励电动机并励电动机串励电动机复励电动机他励—励磁绕组与电枢绕组分别由两个不同的直流电源供电；永磁式电动机，可视为他励电动机的一种。并励—励磁绕组与电枢绕组并联后由同一个直流电源供电；串

5、励—励磁绕组与电枢绕组串联后由同一直流电源供电；复励—既有并励绕组，也有串励绕组。直流电动机的并励绕组一般电流较小，导线较细，匝数较多；串励绕组的电流较大，导线较粗，匝数较少，因而不难判别。直流发电机的电动势是因电枢线圈的有效边切割磁力线而产生，故两电刷间电动势E的大小，就与发电机的转速n和磁极磁通Φ的乘积成正比，即式中CE为电动势常数，它与电机的结构有关，Φ为每极磁通，n为电枢转速。13.1.2直流电机的工作原理直流电机的工作原理与所有电机一样，也是建立在电磁力和电磁感应的基础N和S是直流电

6、机的一对固定的主磁极。磁轭、励磁绕组均未画出，电枢绕组只有一个线圈，因而对应的换向片也只需两个半圆形的铜环1和2。换向片上压着两个与外电路接通的电刷A和B。当电枢被原动机驱动按逆时针方向旋转后，电枢线圈的两根有效边便切割磁力线产生感应电动势，其方向如图所示，形成感应电流，通过电刷流过负载，实现机械能转换成电能。当电刷之间接有负载时，在电动势的作用下就在电路中产生一定方向的电流。显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下时是另一个方向。由于电刷A总是同与N极下的一边相

7、连接的换向片接触，而电刷B总是同与S极下的一边相连的换向片接触，因此在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压。所以，换向器的作用在于将发电机电枢绕组内的交变电动势换成电刷之间的极性不变的电动势。直流电机作发电机运行将直流电源接在两电刷之间而使电流通入电枢线圈。当电流经过电刷流入电枢绕组，由于电枢线圈的有效边在磁场中受到电磁力的作用，故电枢产生电磁转矩（称为驱动转矩）驱动转子旋转，将电能转换成机械能。运用左手定则，可以确定出电枢应按逆时针方向转动。电枢线圈中的电流方向应该是这样：N、S极下的有效边

8、中的电流总是分别保持一个方向，这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。因此，当线圈的有效边从N（S）极下转到S（N）极下时，其中电流的方向必须同时改变，以保证电磁力的方向不变。而这也必须通过换向器才得以实现。当电枢在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势。这个电动势的方向（由右手定则确定）与电流或外加电压的方向总是相反，所以称为反电动势。它与发电机的电动势的作用不同，后者是电源电动势，由此产生电流。直流电机作电动机运行式中CT为转矩常数，它与电机的结构有关，Φ为每极磁通，Ia为电