【正文】 每年的 貿(mào)易 額約35 億美元。電機(jī)行業(yè)單機(jī)出口產(chǎn)品主要為交流電動機(jī)、交流發(fā)電機(jī)及直流電動機(jī)。 由上述可以看到電機(jī)的發(fā)展還是有很大發(fā)展空間的。為了發(fā)展電機(jī)產(chǎn)品，滿足客戶需求，擴(kuò)大國內(nèi)、國際市場，電機(jī)產(chǎn)品必須向多用途、多品種方向發(fā)展，向高效、節(jié)能方向發(fā)展。要開拓市場、 擴(kuò)大出口，今后電機(jī)行業(yè)的發(fā)展必須向以下幾方面努力： 1． 電機(jī)的多用途、多品種 隨著電機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，電機(jī)產(chǎn)品的外延和內(nèi)涵也不斷拓展，電機(jī)產(chǎn)品也廣泛應(yīng)用于能源、交通、石油、化工、建筑等各個領(lǐng)域，并且電機(jī)的通用性逐漸向?qū)Ｓ眯苑较虬l(fā)展，打破了過去同一類電機(jī)分別用于不同性質(zhì)、場合的局面。電機(jī)正向?qū)Ｓ眯?、特殊性、個性化方向發(fā)展，充分發(fā)揮電機(jī)的效率，這也是國外電機(jī)發(fā)展的最新觀點。 2． 可靠性高、壽命長、噪聲低、重量輕、外形美觀 改革的不斷深入，市場的全面開放，市場競爭的日漸激烈，用戶對產(chǎn)品高性能的要求，使得產(chǎn) 品的生產(chǎn)者為了適應(yīng)市場及用戶的需求，不斷地改進(jìn)工藝，提高技術(shù)水平，采用新材料，設(shè)計出符合市場需求的電機(jī)產(chǎn)品。 3． 高效、節(jié)能 為了提高電機(jī)效率，實現(xiàn)節(jié)能的目的，我們采用了許多辦法，如采用降低起動轉(zhuǎn)矩、電容補(bǔ)償、阻尼槽等，但這都是在頻率不變的條件下實現(xiàn)的。自從有了逆變器之后，電源的變頻變壓變得更加容易，從而可以調(diào)節(jié)異步電機(jī)在最佳工作點上運行，保證出力不變的情況下，可用最大效率和高功率因數(shù)代替額定效率和額定功率因數(shù)，減小了電機(jī)尺寸，減輕其重量和降低成本。 4． 機(jī)電一體化、智能化 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高新 技術(shù)對電機(jī)產(chǎn)品注入了新的活力，計算機(jī)輔北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 助設(shè)計的運用、國家政策的鼓勵、各企業(yè)對科技的重視使新產(chǎn)品開發(fā)的周期逐漸縮短，機(jī)電一體化、智能化電機(jī)，應(yīng)運而生，并且不斷推陳出新，在高新技術(shù)產(chǎn)品上我國電機(jī)的技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家相比，已水平相當(dāng)。但我國的電機(jī)產(chǎn)品要擴(kuò)大國內(nèi)、國際市場份額除了要滿足以上的要求外，我們還要強(qiáng)化市場競爭意識、市場服務(wù)意識，在未來的電機(jī)行業(yè)大發(fā)展中獨占鰲。北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 直流電動機(jī)的概述第 節(jié) 直流電動機(jī)的基本知識 直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，但任何直流電機(jī)都包括定 子部分和轉(zhuǎn)子部分，這兩部分間存在著一定大小的氣隙，使電機(jī)中電路和磁場發(fā)生相對運動。直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、電刷裝置和換向極等組成，轉(zhuǎn)子部分主要由電樞繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成。結(jié)構(gòu)圖如圖 21。 圖 21 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1電刷； 2磁軛； 3永久磁鋼； 4極靴； 5電樞繞組； 6內(nèi)磁軛 1． 定子部分 （ 1）主磁極 : 其作用是產(chǎn)生磁場。通常用厚 。在磁極鐵心上繞有勵磁繞組，整個磁極利用螺桿固定在磁軛上。 （ 2）換向極 : 其作用是改善換向，使 電機(jī)運行時電刷下不產(chǎn)生有害的火花。北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 換向極也是由鐵心及繞組組成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。 （ 3）機(jī)座 : 機(jī)座分磁軛和底腳兩部分。磁軛的作用是固定主磁極和換向極，是磁路的一部分。底腳起支撐和固定整臺電機(jī)的作用。機(jī)座一般式用鑄鋼鐵制造或鋼板焊接而成。 2． 轉(zhuǎn)子部分 （ 1）電樞鐵心 :電樞鐵心是磁路的一部分，表面開槽以嵌放電樞繞組，為減少鐵耗，采用 ，固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。 （ 2）電樞繞組 :電樞繞組由許多按一定規(guī)則連接起來的線圈組成，是通過電流和產(chǎn)生電動勢的關(guān)鍵性部 件。線圈用帶絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成。嵌放在電樞鐵心表面的槽內(nèi)直流電機(jī)采用雙層繞組，每槽內(nèi)的線圈邊分上、下兩層，上下層之間及線圈于鐵心之間都是要可靠絕緣。槽口用槽契壓緊，再用鋼絲或玻璃絲帶扎緊，大型電機(jī)中，繞組伸出槽外的端接部分應(yīng)扎緊在支架上。 直流電動機(jī)的工作原理 電動機(jī)是一種把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械。它的基本原理是利用帶電導(dǎo)體和磁場間的相互作用而把電能變?yōu)闄C(jī)械能。電動機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子為電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)軸座組成，導(dǎo)體繞組的排列方式?jīng)Q定電動機(jī)的類型及其特性。 絕大 多數(shù)的電動機(jī)都須作連續(xù)的轉(zhuǎn)運動的電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，才能構(gòu)成電動機(jī)。兩磁極間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈。當(dāng)線圈中通入直流電流時，線圈邊上受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向，這一對電磁力形成了作用于電樞的一個電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向。若電樞轉(zhuǎn)動，線圈兩邊的位置互換，而線圈中通過的還是直流電流，則所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向卻變?yōu)轫槙r針方向了，因此電樞受到一種方向交變的電磁轉(zhuǎn)矩。這種交變的電磁轉(zhuǎn)矩只能使電樞來回?fù)u擺，而不能使電樞連續(xù)轉(zhuǎn)動。顯然，要使電樞受到一個方向不 變的電磁北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于，當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以變換，即進(jìn)行所謂 “換向 ”。為此必須增添一個叫做換向器的裝置，換向器由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉(zhuǎn)。換向器又與兩個固定不動的由石墨制成的電刷 A、 B 相接觸。裝了這種換向器以后，若將直流電壓加于電刷端，直流電流經(jīng)電刷流過電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就旋轉(zhuǎn)起來。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊 ab 和 cd 流入，使線圈邊只要處于 N 極 下，其中通過電流的方向總是由電刷 A 流入的方向，而在 S 極下時，總是從電刷 B 流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向。這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電機(jī)的工作原理。 直流電動機(jī)的組成及分類 直流電動機(jī)的種類有很多，但一般將其分為電磁式直流電動機(jī)、永磁式直流電動機(jī)、無刷式直流電動機(jī)，三種。 1． 電磁式直流電動機(jī)： 電磁式 直流電動機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子 (電樞 )、換向器 (俗稱整流子 )、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成。 電磁式 直流電動機(jī)的定子磁極 (主磁極 )由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。根據(jù)其勵 磁 (舊標(biāo)準(zhǔn)稱為激磁 )方式的不同又可分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。因勵磁方式不同，定子磁極磁通 (由定子磁極的勵磁線圈通電后產(chǎn)生 )的變化規(guī)律也不同。 串勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通過電刷和換向器相串聯(lián)，勵磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。其起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的 5 倍以上，短時間過載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的 4 倍以上，轉(zhuǎn)速變化率較大，空載轉(zhuǎn)速甚高 (一般不允許其在空載下運行 )。可通過 用外用電阻器與串勵繞組串聯(lián) (或并聯(lián) )、或?qū)⒋畡罾@組并聯(lián)換接來實現(xiàn)調(diào)速。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 并勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵磁電流較恒定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動電流約為額定電流的 倍左右。轉(zhuǎn)速則隨電流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 倍。轉(zhuǎn)速變化率較小，為 5％ 15％。可通過削弱磁場的恒功率來調(diào)速。 他勵直流電動機(jī)的勵磁繞組接到獨立的勵磁電源供電，其勵磁電流也較恒定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速變化也為 5％ 15％?？梢酝ㄟ^削弱磁場恒功率來提高轉(zhuǎn)速或通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速 降低。 復(fù)勵直流電動機(jī)的定子磁極上除有并勵繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵繞組 (其匝數(shù)較少 )。串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同，起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的 4 倍左右，短時間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 倍左右。轉(zhuǎn)速變化率為 25％ ~30％ (與串聯(lián)繞組有關(guān) )。轉(zhuǎn)速可通過削弱磁場強(qiáng)度宋調(diào)整。 換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料，用高強(qiáng)度塑料模壓成。 電刷與換向器滑動接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動機(jī)的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。 轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為 12 槽， 內(nèi)嵌 12 組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)連接后，再分別與 12 片換向片連接。 2． 永磁式直流電動機(jī)： 永磁式直流電動機(jī)也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。 定子磁極采用永磁體 (永久磁鋼 )，有鐵氧體、鋁鎳鉆、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。錄放機(jī)中使用的電動機(jī)多數(shù)為圓筒型磁體，而電動工具及汽車用電器中使用的電動機(jī)多數(shù)采用瓦塊型磁體。 轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。錄放機(jī)中使用的小功率電動機(jī)多數(shù)為 3 槽，較高檔的為 5 槽或 7 槽。漆色線在轉(zhuǎn)子鐵心的兩 槽之間 (三槽即有三個繞組 )，其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。 電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電動機(jī)的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。 錄放機(jī)中使用的永磁式直流電動機(jī)，采用電子穩(wěn)速電路或離心式穩(wěn)速裝置。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 3． 無刷直流電動機(jī)： 無刷直流電動機(jī)是采用半導(dǎo)體永磁體轉(zhuǎn)子 多極繞組定子 位置傳感器定子開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀 器及自動化辦公設(shè)備中。 無刷直流電動機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流 (即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換 )。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。 位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，其磁敏傳感器件 (例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ?集成電路等 )裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇產(chǎn)生脈沖信號。采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件 (例如耦合變壓器、接近開關(guān)、 LC 諧振電路等 )，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號 (其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化 )。 第 節(jié) 直流電動機(jī)運 行原理 直流電動機(jī)的勵磁方式 直流電動機(jī)的主極磁場由勵磁繞組通以直流勵磁電流產(chǎn)生。勵磁電流的獲