他励直流电动机设计项目计划书

他励直流电动机设计计划书

1 直流电机简介

直流电机是人类最早发明的和应用的一种电机。与交流电机相比，直流电机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，应用不如交流电机广发。但由于直流电动机具有优良的起动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。随着电力电子技术的发展，直流发电机虽有可能被可控整流电源取代的趋势，但从供电的质量和可靠性来看，直流发电机仍具有一定的优势，因此在某些场合，例如化学工业中的电镀、电解等设备，直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源仍然使用直流发电机作为供电电源。

2 直流电机的基本结构

直流电机的结构示意图如图2-1所示。它由定子（静止的）和转子（旋转的）两个基本部分组成。

2.1 定子

定子主要由（1）主磁极；（2）换向磁极；（3）机座、端盖和电刷装置等组成。

图2-1

2.1.1主磁极

主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成。

（1）磁极铁心：由l~1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压铆接而成。是磁路部分。

（2）励磁线圈：是磁路部分。产生主磁场。

2.1.2换向磁极

换向磁极也是由铁心和换向磁极绕组组成，位于两主磁极之间，是比较小的磁极。

作用：是产生附加磁场，以改善电机的换向条件，减小电刷与换向片之间的火花。2.1.3机座

机座由铸钢或厚钢板制成。

作用：来安装主磁极和换向磁极等部件和保护电机，它既是电机的固定部分，又是电机磁路的一部分。

2.1.4端盖与电刷

作用：支持转子的转轴，固定电刷架。

2.2 转子

转子（电枢）的组成：主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。1．铁心：由0.5㎜厚硅钢片叠压而成。

作用：来嵌放电枢绕组，是直流电机磁路的一部分。

2．电枢绕组：其作用是产生感应电动势和电磁转矩。

3．换向器：换向器又称整流子，其作用是将直流电动机输人的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，进而产生恒定方向的电磁转矩，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。

2.3气隙

气隙是电机磁路的重要部分。转子要旋转，定子与转子之间必须要有气隙，称为工作气隙。气隙大小对电机性能有很大影响。

3 直流电动机的工作原理

图2-2

直流电动机的工作原理如下：如上图所示为最简单的直流电动机的原理图。其换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转子绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转子绕组cd中的电流从c 流向d。转子载流导体在磁埸中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中ab边受力方向是向左，而cd则向右。由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受的电磁力的大小相等。这样转子线圈上受到的电磁力f的作用而按逆时针方向旋转。当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零。因此，电磁力也等于零。但由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半圈之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab转到S极范围内，cd转到N极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到N极下的cd边中的电流方向也变了，是从d流向c，在S

极下的ab边中的电流，则从b流向a。因此，电磁力f的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动。可见，分别在N，S极范围内的导体中的电流方向总是不变的。因此，线圈二边受力方向也不变。这样，线圈就可以按受力方向不停地旋转。这就是直流电动机的工作原理。

4 直流电动机的分类

（1）他励电动机

他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。

图4.1他励电动机

（2）并励电动机

并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，这时电源提供的电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。

适用于恒压工作场合

图4.2并励发电机

（3）串励发电机

串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源。串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。

图4.3串励发电机

（4）复励电动机

这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。

图4.4复励电动机

5 他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性定义为：直流电动机的电枢电压U为常数，励磁电流I f 为常数，电枢回路电阻Ra+RΩ为常数时，电动机产生的电磁转矩T与转速n之间的函数关系，即n=f(T)。他励直流电动机电路原理图如图2所示。

机械特性方程式

图 5.1他励直流电动机电路原理图 图 5.2他励直流电动机的机械特性 电枢感应电动势 n C E e a Φ=

电磁转矩 a T I C T Φ=

电枢电路电压平衡方程：R I E U a a +=

电动机转速特性方程：Φ-=

e a C R I U n 由电磁转矩方程可得到Φ

=T a C T I ，代入转速特性方程式中，就得到电动机机械特性方程式： T C C R C U n T e e 2

Φ-Φ= 式中：Ω+=R R R a 。

若U ，Φ，R 均为常数，机械特性是一条向下倾斜的直线，如图5.2所示。

T n n β0-= (5-1)

或 n n n ∆-=0

由式（1）可知，β越大，n ∆越大，机械特性曲线越斜，称之为软特性；反之将β小、n ∆小的特性称硬特性。

6 直流电机的铭牌数据和主要系列