电机拖动与控制第1章 直流电机基本理论及结构ppt课件.ppt

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1、第一章直流电动机的基本理论及结构1.1直流电机的基本工作原理1.1.1直流电动机的基本工作原理直流电动机的工作原理，可以用一个简单的模型来说明。图1-1是一台最简单的直流电动机的模型。N和S是一对固定的磁极，可以是电磁铁，也可以是永久磁铁，磁极之间有一个可以转动的金属圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器，换向器是跟转轴一起转动的，在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢

2、。图1-1直流电动机的工作原理此模型作为直流电动机运行时，将直流电源加于电刷A和B。例如将电源正极加于电刷A，电源负极加于电刷B，则线圈中流过电流，在导体中，电流由a流向b。在导体cd中，电流由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、S极之间的磁场当中，受到电磁力的作用，电磁力的方向用左手定则确定，可知这一对电磁力形成一个转矩，称为电磁转矩，转矩的方向为逆时针方向，使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转，导体cd转到N极下，ab转到S极下，如图1-1b所示。由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，从电刷B流出，用左手定则判别可知，电磁

3、转矩的方向仍是逆时针方向。由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电动机电枢线圈中流过电流的方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。图1-1直流电动机的工作原理1.1.2直流发电机的基本工作原理直流发电机的模型与直流电动机相同，不同的是电刷上不加直流电压，而是用原动机拖动电枢朝某一方向，例如朝逆时针方旋转，如图1-2所示。这时导体ab和cd分别切割N极和S极下的磁感应线，产生感应电动势，电动势的方向用右手定则确定。在图1-2中，导体a中电动势的方向由b指向a，导

4、体中电动势的方向由指向c，所以电刷A为正极性，电刷B为负极性。电枢旋转时导体转至N极下，感应电动势的方向由c指向d，电刷A与所连接换向片接触，仍为正极性；导体转至S极下，感应电动势的方向变为由a指向，电刷B与a所连接换向片接触，仍为负极性。图1-2直流发电机的工作原理可见，直流发电机电枢线圈中的感应电动势的方向是交变的，而通过换向器和电刷的作用，在电刷A、B两端输出的电动势是方向不变的直流电动势。若在电刷A、B之间接上负载（如灯泡），发电机就能向负载供给直流电能（灯泡会发亮）。从以上分析看出：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，电机的实际运行方

5、式取决于外界不同的条件。将直流电源加于电刷，输入电能，将电能转换为机械能，作电动机运行；如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，输入机械能，将机械能转换为直流电能，从电刷上引出直流电动势，作发电机运行。同一台电机，既能作为电动机运行，又能作为发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。但是在设计电机时，需考虑两者运行的特点有一些差别。例如如果作发电机用，则同一电压等级下发电机比电动机的额定电压值稍高，以补偿从电源至负载沿路的损失。1.2直流电机的结构及铭牌1.2.1结构从直流电动机和直流发电机工作原理示意图可以看出，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的

6、部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场。由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢。由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。定子、转子间因有相对运动，故留有一定的空气隙，气隙大小与电机容量有关。图1-3是小型直流电机的纵剖面图，图1-4是横剖面示意图。直流电机根据各种不同的用途和产品系列，其结构也是多种多样的，下面对图中各主要结构部件分别作一简单介绍。图1-3小型直流电机的结构1—换向器2—电刷杆3—机座4—主磁极5—换向极6—端盖7—风扇8

7、—电枢绕组9—电枢铁心图1-4直流电机横剖面示意图1—电枢绕组2—电枢铁心3—机座4—主磁极铁心5—励磁绕组6—换向极绕组7—换向极铁心8—主磁极极靴9—极座底脚1．定子直流电机定子主要由机座、主磁极、换向极及电刷装置等部件构成。（1）机座直流电机机座是用来固定主磁极、换向极和端盖的，起支撑、保护作用，也作为磁轭，构成了主磁路的闭合路径。机座通常由铸钢或钢板焊接而成，目前由薄钢板或硅钢片制成的叠片机座应用也相当广泛。（2）主磁极主磁极的作用是在电机气隙中产生一定分布形状的气隙磁密，主磁极由主磁极铁心和励磁绕组组成。主磁极铁心通常用厚1～1