电工技术 教学课件 作者 常晓玲 第8章.ppt

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1、第八章直流电动机第一节直流电动机的结构与工作原理第二节直流电动机的机械特性第三节他励直流电动机的起动、制动和调速直流电机是一种实现直流电能和机械能相互转换的电磁装置。把直流电能转换成机械能的称为直流电动机；把机械能转换成直流电能的称为发电机。随着电力电子技术的发展，直流发电机已逐步被大功率可控整流电源所替代。直流电动机的优点是调速性能好，起动转矩较大。缺点是制造工艺复杂、价格高、体积大、维护困难。在生产过程中，一些机械对调速性能和起动性能要求较高，传统的三相异步电动机有级变速无法满足拖动要求，常用直流电动机作为原动力。目前尽管采用变

2、频调速的交流电动机应用更加广泛，但直流电动机在许多小场合仍有应用,例如在轧铝、轧钢机械中，主轧机常采用直流电动机调速拖动，而其它工作轴则采用交流电动机调速拖动。本章叙述直流电动机的结构、原理、机械特性和分类，并分析直流电动机的起动、制动、和调速性能。第一节直流电动机的结构与工作原理直流电动机主要由静止的定子和转动的转子组成，在定子和转子之间有一个很小的气隙,图8-1是直流电动机的结构图。一.直流电动机的结构图8-1直流电动机的结构图1.定子直流电动机的定子主要由主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置组成，如图8-2所示。定子的主要作用

3、是产生磁场和机械支撑。图8-2定子图8-3主磁极主磁极是一个电磁铁，由主极铁心和套在主极铁心上的励磁绕组组成，如图8-3所示。主极铁心采用硅钢片叠压而成。励磁绕组由绝缘导线绕制成集中绕组套在主极外部。当励磁绕组中通入直流电流时，主磁极产生恒定磁场。主磁极总是成对出现，按照N极和S极交替排列在定子内壁上。换向极的结构与主磁极类似，由换向极铁心和换向极绕组组成。它安装在相邻两个主磁极之间。当换向极的绕组中通入直流电流时，会产生一个附加的磁场，用于改善换向。机座有两个作用：一是用来固定主磁极和换向磁极；二是作为磁路的一部分。端盖用来固定轴

4、承和电刷装置。电刷装置由电刷、刷握、铜丝辫和压紧弹簧组成，如图8-4所示。电刷由石墨制成，放置在刷握内，被弹簧压紧在换向器上。电刷的作用是把直流电流引入电枢绕组。（a）外形图（b）剖面图图8-6换向器2.转子图8-5直流电动机的转子直流电动机的转子由电枢铁心、电枢绕组和换向器组成，如图8-5所示。转子的电枢铁心用涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，叠成后外壁有凹槽，嵌入电枢绕组。电枢铁心也是直流电动机磁路的一部分。电枢绕组是用导线绕成的线圈按一定的连接规则联接而成的。电枢绕组嵌入电枢铁心的凹槽中，并与换向器联接。电枢绕组的作用是通入电流，产

5、生感应电动势和电磁转矩。电枢绕组是是直流电动机的主要电路，是进行机电能量转换的重要部件。换向器的放大图如图8-6所示。换向器由许多换向片组成，片与片之间用云母绝缘。换向器与电枢绕组联接，固定在转轴上，随转轴转动。换向器的作用是通过与电刷的配合，将电刷两端引入的直流电流转换成电枢绕组中的交流电流。（a）外形图（b）剖面图图8-6换向器二．直流电动机的工作原理1．工作原理图8-7为一个只有一个电枢绕组（线圈AX）、两个换向片、两个电刷（B1、B2）的简单直流电动机原理图。电枢绕组的引出端A、X分别与两个换向片1、2相连，电刷与换向片接触

6、，将电枢绕组与外电路相连。图8-7直流电动机的工作原理将外加直流电压U加在电刷B1、B2两端，电刷B1接电源正极，电刷B2接电源负极。转子在图8-7图所示位置，直流电流Ia由电枢绕组A端流入，由X端流出。根据左手定则，N极下方的导体产生电磁力方向是逆时针，S极下方的导体产生的电磁力的方向也是逆时针，这两个电磁力产生逆时针的电磁转矩，转子将顺着逆时针方向开始旋转。图8-7直流电动机的工作原理图8-7直流电动机的工作原理当A绕组到达S极下、B绕组到达N极下，即原来处于N极下方的导体运动到了S极下方，原来处于S极下方的导体运动到了N极下方

7、的时候，由于换向片1、2跟随AX线圈一起转动，电刷不动，所以换向片1开始与电刷B2接触，使绕组A端接通外电路的负极；换向片2开始与电刷B1接触，使绕组X端接通外电路的正极。就是说，在电机内部，当A导体向下转到S极下的时候由于电刷和换向片的作用，电流变成“”，X导体向上转到N极下的时候电流变成“”，转子继续受到逆时针方向的作用力连续运转。图8-7直流电动机的工作原理以上分析说明，直流电动机通过电刷与换向器的配合，将外部的直流电流转换成绕组内部的交流电流，使得N极下方导体内的电流始终保持“”方向，S极下导体内的电流始终保持“”方向，转子

8、始终获得逆时针方向电磁转矩，从而实现了连续运转。这就是直流电动机的工作原理。改变电枢电流Ia或励磁电流的方向，可以改变直流电动机旋转方向。2.电磁转矩与电压平衡方程（1）电磁转矩直流电动机的电磁转矩是电枢电流在磁场中受力产生的，是转子