CH直流电机结构与工作原理

CH直流电机结构与工作原理
5）电刷装置
• 电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，
刷握，刷杆和连线等部分组成，图20-12所示，电刷是石墨 或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力 按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。 刷握用螺钉夹紧在刷杆上。 • 每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用 连线连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上， 以便调整电刷的位置。
当电机电流大于额定电流时的运行，称为过载运 行，长期过载，使电机过热，降低使用寿命甚至损坏 电机。
所以额定值是选择电机的依据，应根据实际使用 情况，合理选择电机容量，使电机工作在额定运行状 态。
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补）国产直流电机型号
国产直流电机的系列产品代号采用大写汉语拼音字 母表示，型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表 示。 （1） Z2系列
•电枢铁心既是主磁路的组Байду номын сангаас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，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或
DR510的硅钢片叠压夹紧而成。 •小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢 铁心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。 为改善通风，冲片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。
• 直流电机运行时，若各物理量都与额定值相同，称为 额定运行状态或额定工况。
• 额定功率 PN （W或kW）指电机在额定状态时的输出 功率。对于电动机，是指轴上输出的机械功率；对于 发电机，是指出线端输出的电功率
• 额定电压 U N （V）指额定状态下电枢两端的电压 • 额定电流 I N（A）指电机在额定电压下输出额定功率时
用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。
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三.直流电机的可逆原理
•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，只是外界条件不同而已。 •如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引 出直流电势而作为直流电源对负载供电； •如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴 上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 •这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
的电流
• 额定转速 n N （r/min） 指电机在额定状态下的转速
• 额定励磁电压 U （fN V）(仅对他励电机) 指额定状态下 的励磁电压
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在实际运行时，电机各物理量在额定值时的运行， 称为额定运行。电机处于额定运行状态，具有良好的 性能，工作可靠。
当电机电流小于额定电流时的运行，称为欠载运 行，电机长期欠载，效率不高，造成浪费；
两线圈串联后的合成电势
与原有线圈相距90电角度再设置一个线圈，其两端各接有换 向片，并与原有换向片A、B相距90电角度，换向器包含4片 换向片，相邻换向片间各相距90电角度。 当电枢旋转时，两个线圈的感应电势在时间相位上相距90电 角度 。
两线圈串联的合成电势如 右图所示，脉动幅值减小 了。
CH直流电机结构与工作原理 两线圈串联的合成电势
外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线 圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。
实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成， 同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动， 绕组形式同发电机。
将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流 过。电机内部有磁场存在。载流的转子（即电枢）导体将受到 电磁力 f 的作用 f=Blia （左手定则）所有导体产生的电磁力作
直流电机篇
• 直流电机是电机的主要类型之一，直流电机即可作 为发电机使用，也可作为电动机使用。
• 用作直流发电机，直流发电机将机械能转化为直流 电能；
• 作为直流电动机，直流电动机将直流电能转化为机 械能，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性 能要求较高的场合，得到广泛使用；
• 还可做作励磁机，一般小于10万kW即100MW的单 机同步发电机要用直流发电机作为励磁机；
定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了电枢绕 组线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上， 此铜片称为换向片。
换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。 换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换 向片上放置着一对固定不动的电刷A和B。当电枢旋转时，电 枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用 云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成，如图所示。每 个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片 内。
小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒， 再用塑料通过热压制成。
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换向器
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• 用作信号传递，直流测速发电机将机械信号转换为 电信号，直流伺服电动机将控制信号转换为机械信 号。
• 由于直流电机存在换向器，其制造复杂，维护困难， 价格较高，加之几年来变流器的快速发展，交流电 机大有取代直流发电机的趋势。
• 但直流电机具有突出的优点：直流发电机的电势波 形较好，对电磁干扰的影响小；直流电动机的调速 范围宽广，调速特性平滑；直流电动机过载能力较 强，热动和制动转矩较大，因此仍得到广泛的应用。
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第二节 直流电机的结构
直流电机都是由固定的定子和旋转的转子（又称电枢） 两大部分及气隙组成。
定子部分
定子的主要部件有主磁 极、机座、换向极、端盖 和电刷装置等部件组成。
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励磁绕组和串换向 极后的电枢绕组出 线
定子机座 换向极铁心
换向极绕组
主磁极铁 心
3）机座
机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机 的结构框架。 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座一般 用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁 件）制成。机座的两端装有端盖。
4）端盖
端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转 子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。
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刷辫 电刷 刷握 汇流条
四极直C流H直电流机电机的结电构与刷工作原理
转子部分
端盖 轴
电枢铁心
电枢绕组 和槽碶
电枢绕组 端部
换向器
直C流H直电流机电的机结转构子与工作原理
轴承
直流电机的转动部分称为转子，又称电枢。转子 部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴 承、风扇等。 1）电枢铁心
电枢导体数增加，如右图，可以减小感应 电动势脉动幅值。
导体数增加后感应电动势脉动很小
增加导体减小感应电势脉动。当每 极下导体数大于8时，脉动可小于1%。
直流发电机实质是带CH换直流向电机器结构的与工交作原流理 发电机
二.直流电动机的原理 对直流电机发电机，如果去掉原动机，并给两个电刷
加上直流电源，，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd 收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体 受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。
CH直流电机结构与工作原理 直流发电机的工作原理
设原动机拖动转子以每分钟n转的速度转动，线圈的导体ab 和cd分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应电动势，其大小 与磁通密度 B 、导体的有效长度 l 和导体切割磁场速度 v 三者
的乘积成正比，即 eBlv，其方向用右手定则判断。
因为电刷A通过换向片引出的电动势始终是切割N极磁力线 的线圈边的电势，所以电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B 始终有负极性，所以电刷能引出方向不变但大小变化的脉动电 动势。
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中产生的交变电动势， 靠换向器配合电刷的作用，使之从电刷端引出时变为直流电动 势。
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要注意某一根转子导体 的电势性质是交流电。而经 电刷输出的电动势却是直流 电，但此电势在零和最大值 之间脉动，脉动太大，如右 图所示，不能做直流电源。
CH直流电机结构与工作原理 直流发电机原理图
第三节 直流电机的额定值
额定值是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定 工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时， 可以保证各电气设备长期可靠地工作，并具有优良的性能。
额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定 值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。
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直C流H直电流动电机机结的构原与工理作图原理
如果转子转到如图b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触， 电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中 的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受
到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，产生的转矩仍然 使得转子逆时针转动，这就是直流电动机的工作原理。
• 换向极结构和主磁极类似，是由换向极铁心和套在铁心上的 换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上。
• 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。
• 换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的，要流过较大的 电流，因此和主磁极的串励绕组一样，导线有较大的截面。
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线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两 层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间 都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧，如上图。大型电机电枢 绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。
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3）换向器
在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中， 换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。
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第21章 直流电机的基本工作原理与结构
第一节 直流电机的工作原理
直流CH电直流机电的机物结构理与模工作型原理
一.直流发电机的工作原理
一般直流电机是磁极固定，电枢旋转的结构。为了理解 直流电机的工作原理， 图是一台直流发电机的物理模型，固 定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和 S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。
电机内部的固定部分要有磁场。这个磁场可以磁铁，也
可以是磁极铁心上绕套线圈，再通过直流电产生磁场。
CH直流电机结构与工作原理
磁极铁心上绕套的线 圈每个磁极上有一个， 也就是，电机有几个磁 极就有几个励磁线圈， 这几个线圈串联（或并 联）起来就构成了励磁 绕组。这里要注意各线 圈通过电流的方向不可 出错。
• 为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心 采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。
• 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。
CH直流电机结构与工作原理
2）换向极
• 换向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情况，使电机运行时不产生有害的火 花。
CH直流电机结构与工作原理
电枢铁心 电枢绕组
均匀开槽
直流电枢的铁心模型 CH直流电机结构与工作原理
涂绝缘漆冲 片叠压而成
电枢铁心冲片 (0.35-0.5mm厚)
（硅钢片）
2）电枢绕组
电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组 成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电 磁转矩进行机电能量转换的部分。
CH直流电机结构与工作原理
• 为了提高直流电机的可靠性，延长电机寿命，除了 在电机结构上不断改进，使其能长期可靠的运行外， 国际上一直致力于发展各种无刷电机，如无刷直流 电机、永磁直流电机。
• 永磁材料在直流电机中的普遍应用已是必然趋势。 我国稀土资源丰富，为我国永磁电机的发展提供了 良好的条件。
主磁极绕组 （励磁绕组）
直流电机定子 CH直流电机结构与工作原理
换向极绕组与 励磁的串联接 线
1）主磁极
主磁极的作用是建立主磁场。主磁极由主磁极铁心和套装 在铁心上的励磁绕组构成。
主磁极结构
CH直流电机结构与工作原理
换向极结构
• 主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用 是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容 易固定。