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1、1.1直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理1.2直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組1.3直流電機的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列直流電機的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列第一章第一章 直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機直流電機直流電動機：直流電動機：直流發(fā)電機：直流發(fā)電機：將機械能轉(zhuǎn)化為電能。將機械能轉(zhuǎn)化為電能。將電能轉(zhuǎn)化為機械能。將電能轉(zhuǎn)化為機械能。主磁極主磁極換向極換向極電刷裝置電刷裝置機座機座端蓋端蓋定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞鐵芯電樞鐵芯電樞繞組電樞繞組換向器換向器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸軸承軸承1.1直流電機的結(jié)構(gòu)與工作原理直流電機的結(jié)構(gòu)與工作

2、原理1.1.1直流電機的主要結(jié)構(gòu)直流電機的主要結(jié)構(gòu)電樞電樞鐵芯鐵芯勵磁繞組勵磁繞組圖1-1 直流電機結(jié)構(gòu)圖 圖圖1-2 1-2 直流電機的正剖面圖直流電機的正剖面圖1 1極靴極靴 2 2電樞齒電樞齒 3 3電樞槽電樞槽 4 4主磁極主磁極 5 5勵磁繞組勵磁繞組 6 6機座（磁軛）機座（磁軛）7 7換向極換向極 8 8換向極繞組換向極繞組 9 9電樞繞電樞繞組組 1010電樞鐵芯電樞鐵芯 1111底腳底腳.1.1 直流電機基本結(jié)構(gòu)直流電機基本結(jié)構(gòu)直流電機的結(jié)構(gòu)由定子定子和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子定子，其主要作用主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、

3、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子，其主要作用主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩或感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。1定子部分定子部分1)主磁極主磁極 主磁極的作用作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成，如圖1-3所示。鐵心用0.51.5mm厚的鋼板鋼板沖片疊壓鉚緊而成，上面套勵磁繞組的部分稱為極身極身，下面擴寬的部分稱為極靴極靴，極靴寬于極身，既可使氣隙中磁場分布比較理想，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在極身上，再將整個主磁極用螺釘固定在機座上。圖1-

4、3 主磁極 極靴極靴極身極身2)2)換向極換向極（commutating pole）兩相鄰主磁極之間的小磁極叫換換向向極極，也叫附附加加極極或間間極極。換向極的作作用用是改改善善電電機機換換向向，減減小小電電機機運運行行時時電電刷刷與與換換向向器器之之間間可可能能產(chǎn)產(chǎn)生生的的火火花花。換向極由換向極鐵心和換向極繞組構(gòu)成，如圖1-4所示。換向極鐵心一般用整整塊塊鋼鋼制成。對換向性能要求較高的直流電機，換向極鐵心可用11.5 mm厚的鋼板沖制疊壓而成。換向極繞組用絕緣導線繞制而成，套在換向極鐵心上。整個換向極用螺釘固定于機座上。換換向向極極的的數(shù)數(shù)目目一一般般與與主主磁磁極極相相等。等。圖圖1-4

5、 1-4 換向極結(jié)構(gòu)換向極結(jié)構(gòu) 3)機座機座 電機定子部分的外殼稱為機座。機座一方面用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起到整個電機的支撐和固定作用；另一方面也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間的通路，磁通通過的部分稱為磁軛磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導磁性能，一般為鑄鋼件鑄鋼件或由鋼板鋼板焊接而成。4)電刷裝置電刷裝置 電刷裝置用以引入或引出直流電壓或直流電流。引入或引出直流電壓或直流電流。電刷裝置由電刷、刷握桿和刷桿座電刷、刷握桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，如圖1-所示，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣

6、。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。圖圖1-5 1-5 電刷盒裝配電刷盒裝配1 1刷盒刷盒 2 2電刷電刷 3 3銅絲辮銅絲辮 4 4壓緊彈簧壓緊彈簧 2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子(電樞電樞)部分部分 1)電電樞樞鐵鐵心心 是主磁通磁磁路路的主要部分，同時用以嵌嵌放放電樞繞組。為了降低電機運行時的電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗，電樞鐵心用0.5mm厚的硅硅鋼鋼片片沖制的沖片疊壓而成，沖片形狀如圖1-6所示。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。圖1-6 電樞鐵心沖片(a)矩形槽；(b)梨形槽 2)電樞繞組電樞繞組電樞繞組的作作用用是產(chǎn)產(chǎn)生生電

7、電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩或或感感應應電電動動勢勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。它由許多線圈按一定規(guī)律連接而成，線圈用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成。不同線圈邊分上上、下下兩兩層層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔(xie)固定，如圖1-7所示。線圈邊的端接部分用熱固性無緯玻璃帶無緯玻璃帶進行綁扎。圖1-7 電樞繞組在槽中的絕緣情況 3)換向器換向器在直直流流電電動動機機中，換向器配以電刷能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩的的方方向向恒定不變；在直直流流發(fā)發(fā)電電機機中，換向器配以電刷能將電樞線圈

8、中感應產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓圓柱柱體體，換向片之間用云母片絕緣。換向片的緊固通常如圖1-8所示，換向片的下部做成鴿鴿尾尾形形，兩端用鋼制形套筒和形云母環(huán)固定，再加螺母鎖緊。圖1-9為直流電機換向器的側(cè)剖面圖。圖圖1-8 換向器換向器 圖圖1-9 1-9 直流電機換向器直流電機換向器 的側(cè)剖面圖的側(cè)剖面圖4)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起支撐轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼圓鋼加工而成。1.1.2 直流電機的基本原理直流電機的基本原理1、直流發(fā)電機工作原理、直流發(fā)電機工作原理 右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，a

9、bcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導磁圓柱體上的線圈，線圈連同導磁圓柱體稱為電機的轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子或電樞。電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉(zhuǎn)的換向片上。轉(zhuǎn)子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。當原動機驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖?？梢?，和電刷A接觸的導體總是位于N極下，和電刷B接觸的導體總是位于S極下。導體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導體cd在N極下，c點低電位，d點高電位；電刷電刷A極性極性仍為正，電刷仍為正，電刷B極性仍為負。極性仍為負。可見，和電刷A接觸的導體總是位于N極下，和電刷B接觸的導體總是位于S極下，因此電刷電刷A的極性總是正的極性

10、總是正的，電刷的，電刷B的極性總是負的的極性總是負的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動勢。實際直流發(fā)電機的電樞是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵芯表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。直流發(fā)電機工作原理直流發(fā)電機工作原理:直流發(fā)電機在原動機的拖動下旋轉(zhuǎn)，電樞上的導體切割磁力線產(chǎn)生交變電動勢，再通過換向器的換向作用換向器的換向作用，在電刷間獲得直流電壓輸出，從而實現(xiàn)了機械能轉(zhuǎn)換成直流電能的目的。2、直流電動機工作原理、直流電動機工作原理 把電刷A、B接到直流電源上，電刷A接正極，電刷B接負極。此時電樞線圈中將電流流過，如右圖。直流

11、電動機是將電能轉(zhuǎn)變成機械能的旋轉(zhuǎn)機械。在磁場作用下，N極性下導體ab受力方向從右向左，S 極下導體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時針逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。當電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)。原N極性下導體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時 同直流發(fā)電機相同，實際的直流電動機的電樞并非單一線圈，磁極也并非一對。直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理:直流電動機在外加電壓的作用下，在導體中形成電流，載流導體在磁場中將受

12、電磁力的作用，由于換向器的換向作用換向器的換向作用，導體進入異性磁極時，導體中的電流方向也相應改變，從而保證了電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，使直流電動機能連續(xù)旋轉(zhuǎn)，把直流電能轉(zhuǎn)換成機械能輸出。從以上分析可見：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，取決于外界不同的條件。如果在電刷端外加直流電壓，則電機把電能轉(zhuǎn)變成機械能，作電動機運行電動機運行；如用原動機拖動直流電機的電樞旋轉(zhuǎn)，電機能將機械能轉(zhuǎn)換為直流電能，作發(fā)電機運行發(fā)電機運行。這種同一臺電機既能作電動機運行，又能作發(fā)電機運行的原理，在電機理論中稱為可逆原理可逆原理。本節(jié)作業(yè)：P11 1-1.1-2.1-3.電樞繞組是直流電機的核

13、心部分核心部分。無論是發(fā)電機還是電動機，感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩都在電樞繞組中產(chǎn)生，電樞繞組是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，電樞繞組的名稱由此而來，并為此把直流電機的轉(zhuǎn)子稱為電樞電樞。1.2直流電機的電樞繞組直流電機的電樞繞組 1.2.1基本知識基本知識 1.繞組元件繞組元件 構(gòu)成繞組的線圈稱為繞組元件繞組元件，是用絕緣銅線繞制的。元件的開始端頭稱首端首端，終了端頭稱末端末端。嵌放在電樞鐵芯槽中的直線部分稱有效邊有效邊，連接兩個有效邊的部分稱為端接部分端接部分，如圖1-10所示。一個元件可以是單匝或多匝。圖1-10 直流電樞繞組元件 (a)疊繞組元件；(b)波繞組元件 每個元件有兩個出線端，稱首端和末端

14、，與換向片相連的一端為前端接，另一端叫后端接。為便于嵌線，每個元件的一個元件邊嵌放在某一槽的上層，稱為上上元元件件邊邊，畫圖時以實線表示；另一個元件邊則嵌放在另一槽的下層，稱為下下元元件件邊邊，畫圖時以虛線虛線表示，圖1-11所示。每一個元件有兩個元件邊，每片換向片又總是接一個元件的上層邊和另一元件的下層邊，所以元元件件數(shù)數(shù)S總等于換換向向片片數(shù)數(shù)K，即 (1.3.1)2.線圈數(shù)、槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系：線圈數(shù)、槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系：圖1-11 電樞繞組在槽內(nèi)的放置每個元件有兩個元件邊，而每個電樞槽分上下兩層嵌放兩個元件邊，所以元件數(shù)元件數(shù)S又等于槽數(shù)槽數(shù)Z，即(1-2)對于小容量電機，電樞直徑

15、小，電樞鐵心外圓不宜開太多槽時，往往在一個槽的上層和下層各放兩個元件邊，即把一個實槽當成u個虛槽使用。虛槽數(shù)虛槽數(shù)與實槽數(shù)Z之間的關(guān)系為(1-3)為分析方便起見，本書中均設 ul。3.疊繞組和波繞組疊繞組和波繞組 疊繞組疊繞組是指相串聯(lián)的后一個元件端接部分緊疊在前一個元件端接部分的上面，整個繞組成褶疊式前進；波繞組波繞組是指相串聯(lián)的兩個元件像波浪式的前進如圖所示。圖圖1-12 1-12 電樞繞組和節(jié)距電樞繞組和節(jié)距1 13 32 2y1y2yyk單疊繞組單疊繞組1 13 32 2y1y2yyk7 7單波繞組單波繞組1.2.2 電樞繞組的節(jié)距電樞繞組的節(jié)距1極距極距 極距就是一個磁極在電樞表面的

16、空間距離。2 第第一一節(jié)節(jié)距距y1 第一節(jié)距是是指指一一個個線線圈圈兩兩有有效效邊邊之之間間在在電電樞樞表表面面上上的的跨跨距距，以槽槽數(shù)數(shù)表示，如圖1-12所示。由于線圈邊要放入槽內(nèi)，所以應是整數(shù)。而為了讓組能感應出最大的電動勢，應使接近或等于極距。為了節(jié)省銅線及其工藝的方便，一般采用短距短距或整距整距繞組。3第第二二節(jié)節(jié)距距y2 它是指相串聯(lián)的兩個相鄰線圈中，第一個線圈的下下層層邊邊與相鄰的第二個線圈的上上層層邊邊之間的距離，用槽數(shù)槽數(shù)表示。4換換向向片片節(jié)節(jié)距距yk 線圈的兩端所連接的換向片之間距離，用該線圈跨過的換向片數(shù)來表示。5合合成成節(jié)節(jié)距距y 它是指相串聯(lián)的兩個相鄰線圈對對應應的的有有效效邊邊之間的距離，用槽數(shù)槽數(shù)表示。單波繞組單疊繞組 單疊繞組是指元件的首端和末端分別接到相鄰單疊繞組是指元件的首端和末端分別接到相鄰的兩片換向片上，下一個元件疊在前一個元件之上。的兩片換向片上，下一個元件疊在前一個元件之上。繪制展開圖的步驟是：繪制展開圖的步驟是：第一步：計算繞組的各節(jié)距。包括第一步：計算繞組的各節(jié)距。包括 、y、y1。第二步：畫槽、畫元件，按順序編號。第二步：畫槽、畫元件