电机学 教学课件 作者 曾令全 李书权 编 第23章.ppt

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1、第23章直流电机直流电机是实现机械能与直流电能相互转换的电磁装置。直流发电机把机械能转换为直流电能，直流电动机把直流电能转换为机械能。直流电动机的调速性能和起动性能优异，被广泛应用于电力机车、轧钢机、无轨电车等对调速性能要求高的场合。直流发电机主要用作直流电源，供电质量好，一般用于电镀、电解及交流发电机的励磁机等。23-1直流电机的工作原理、结构和额定值一、直流电机的工作原理1、直流发电机的工作原理图3.1直流发电机原理模型1-磁极2-电枢3-换向器4-电刷图23-1直流发电机的原理模型在图所示瞬间，感应电动势方向如图23-1所示

2、，这时电刷A呈正极性，电刷B呈负极性。当线圈逆时针方向旋转180°时，导体cd位于N极下，导体ab位于S极下，两导体中的电动势都改变了方向。由于换向片随着线圈一同旋转，本来与电刷B相接触的换向片，现在与电刷A接触；原来与电刷A相接触的换向片与电刷B接触，电刷A仍呈正极性，电刷B仍呈负极性。可以看出，与电刷A接触的导体永远位于N极下，与电刷B接触的导体永远位于S极下。电刷A始终为正极性，电刷B始终为负极性，电刷两端能引出方向不变的电压。线圈abcd切割磁力线产生感应电动势。由右图可以看出：换向器使线圈内的交变感应电动势转变为电刷两端

3、的直流电压，该直流电压有较大的脉动。在实际电机中，电枢上线圈数很多，并按照一定的规律连接起来，可使电压脉动较小以获得波形较好的直流电压。这就是直流发电机的工作原理。图3.2气隙磁密、线圈内感应电动势和电刷之间的电压图23-2电势波形图2、直流电动机的工作原理图23-3为直流电动机的原理模型。与上图不同的是：线圈没有原动机拖动，电刷A、B接至直流电源，线圈abcd中有电流流过，电流的方向如图所示。载流导体受到的电磁力为：图23-3直流电动机原理模型1-磁极2-电枢3-换向器4-电刷导体受力的方向用左手定则确定。如图23-3所示瞬间

4、，导体ab的受力方向是从右向左，导体cd的受力方向是从左向右，都产生逆时针方向的转矩，使电枢沿逆时针方向转动。当电枢转过180o后，导体cd在N极下，导体ab在S极下，直流电源供给的电流方向不变，但线圈内电流方向发生了变化，导体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向变为从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，使线圈继续沿逆时针方向旋转。因此，由于换向器的作用，直流电流交替地由导体ab和cd流入，使处于N极下的线圈边中电流的方向总是由电刷A流入，而处于S极下的线圈边中电流的方向总是从电刷B流出，从而产生方向不变的转矩，使电

5、动机连续旋转，这就是直流电动机的工作原理。3、直流电机的可逆运行从上述电磁现象可以看出，直流电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，机械能从电机轴上输入，电刷端输出直流电压，将机械能转换成电能；反之，如在电刷端加直流电压，将电能输入电机，从电机轴上输出机械能，拖动机械负载工作，将电能转换成机械能。同一台电机既能作发电机又能作电动机运行，称为电机的可逆运行。直流电机的结构形式多种多样，下图是一台小型直流电机的结构剖面图。图23-4直流电机的结构剖面图1—换向器2—电刷装置3—机座4—主磁极5

6、—换向极6—端盖7—风扇8—电枢绕组9—电枢铁心23-2直流电机的基本结构直流电机由静止的定子和转动的转子构成，定、转子之间有一间隙，称为气隙。直流电机的定子，主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。直流电机的转子，主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器和转轴等组成。主磁极在直流电机中，主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成，其作用是在气隙内产生气隙磁场。下图是主磁极的装配图。各主磁极上励磁绕组的连接必须使励磁电流产生的磁极呈N、S极交替排列。图23-5直流电机的主磁极1—主极铁心2—励磁绕组换向极功率在1kW以上的直流电机，通常要在相邻两

7、主磁极之间装设换向极，又称附加极或间极，其作用是改善换向。换向极也由铁心和绕组构成，如下图所示。铁心一般用整块钢或薄钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联。图23-6直流电机的换向极机座机座有两方面的作用：一是导磁，二是作机械支撑。电刷装置电刷装置是将直流电流引入或引出的装置，如图所示。电刷组的数目可以用电刷杆数表示，电刷杆数与电机的主磁极数相等。图23-7电刷装置电枢铁心电枢铁心有两方面作用：一是作为主磁路的一部分，二是用于嵌放电枢绕组。电枢绕组电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量

8、转换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁铜线绕制而成，也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电枢绕组。图23-8直流电机的电枢换向器换向器也是直流电机的重要部件。在直流发电机中，换向器将绕组内的交