【正文】 第 8章 直流電動機 第 8章 直流電動機 直流電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理 直流電動機的分類和銘牌數(shù)據(jù) 直流電動機的機械特性 直流電機的起動、制動和調(diào)速 思考題與習(xí)題 第 8章 直流電動機 直流電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理 直流電動機的結(jié)構(gòu) 直流電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 ， 定子與轉(zhuǎn)子之間有很小的氣隙 。 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 81所示 。 第 8章 直流電動機 圖 81 (a) 外形； (b) 結(jié)構(gòu)示意圖 轉(zhuǎn)軸電樞鐵心換向磁極換向器電刷電樞繞組NS( a ) ( b )第 8章 直流電動機 定子由機座 、 主磁極 、 換向磁極 、 端蓋和電刷裝置等部分構(gòu)成 ， 如圖 82所示 。 第 8章 直流電動機 圖 82 直流電動機的定子 端蓋換向磁極主磁極機座電刷裝置端蓋第 8章 直流電動機 機座用來放置主磁極和換向磁極， 同時它也是磁路的一部分， 起導(dǎo)磁作用， 用鑄鐵或鑄鋼制成。 機座的兩邊各有一個端蓋， 端蓋的中心是空的， 用以裝轉(zhuǎn)軸。 主磁極由磁極鐵心和勵磁繞組組成， 可以是一對、 兩對、 三對等。 當(dāng)勵磁繞組通以直流電時， 產(chǎn)生恒定的磁場， 改變電源電流的極性即可改變磁場的方向。 主磁極鐵心一般都采用電磁鐵， 由直流電流來勵磁。 只有小直流電機的主磁極才用永久磁鐵， 這種電機稱為永磁直流電機。 第 8章 直流電動機 換向磁極由換向磁極鐵心和繞組構(gòu)成， 與主磁極交替放置。 它的作用是產(chǎn)生附加磁場， 改善換向性能。 1 kW以下的直流電機一般換向磁極的個數(shù)較少或不裝換向磁極， 超過 1 kW的直流電動機都裝換向磁極。 電刷裝置的作用是把轉(zhuǎn)子電路與外電路連接起來， 由電刷、 刷盒、 銅絲辮、 壓緊彈簧等構(gòu)成。 電刷架裝在端蓋上， 可以移動， 用以調(diào)整電刷的位置。 第 8章 直流電動機 直流電動機的轉(zhuǎn)子習(xí)慣上稱為電樞， 如圖 83所示， 由電樞鐵心、 電樞繞組、 換向器、 轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。 第 8章 直流電動機 圖 83 直流電動機的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)軸風(fēng)扇 電樞繞組電樞鐵心換向器換向銅片云母第 8章 直流電動機 電樞鐵心與交流電動機一樣， 也是用硅鋼沖壓成片疊成的， 沖片之間要相互絕緣， 表面有許多均勻分布的槽， 用來嵌放電樞繞組。 電樞鐵心是整個磁路的一部分。 電樞繞組由多個線圈按一定的規(guī)律連接起來， 嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)， 線圈的兩端與換向器按規(guī)律連接。 電樞繞組是直流電機的電路部分， 用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、 感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩。 第 8章 直流電動機 換向器是直流電機一個比較重要的部件， 裝在轉(zhuǎn)軸的一 端， 它與電刷一起將外加的直流電變換成交流電， 提供給轉(zhuǎn)子電路。 換向器由許多銅質(zhì)換向片疊成圓柱體， 每個換向片套在云母絕緣套筒中， 所有套有云母絕緣套的換向片嵌放在金屬套筒中， 固定成一個整體后澆鑄成型。 第 8章 直流電動機 直流電動機的工作原理 直流電動機與交流電動機原理大致相似， 也是基于電磁感應(yīng)的原理， 使得轉(zhuǎn)軸受到一個力的作用旋轉(zhuǎn)起來。 我們以最簡單的電動機模型來說明電動機的轉(zhuǎn)動原理。 如圖 84所示， N、 S為一對主磁極， 通過直流電源勵磁產(chǎn)生恒定磁場， 勵磁繞組未畫出。 電樞繞組只畫了一個線圈， 2為兩個換向片， 與電樞繞組相連， A、 B兩個電刷與外電路相連。 第 8章 直流電動機 圖 84 (a) 初始位置； (b) 轉(zhuǎn)過 180176。 后的位置 IaNFSFabcdABn12＋－UIaNFSFdcbaABn21＋－U( a ) ( b )第 8章 直流電動機 直流電動機接通直流電源之后， 電刷兩端加了一個直流電壓， A刷為正， B刷為負， 換向片 1與 A刷相接觸， 直流電流 Ia從 A刷流入， 經(jīng)換向片 線圈 abcd、 換向片 2和電刷 B流出， 形成一個回路。 利用左手定則， 可以判斷電樞繞組的 ab邊和 cd邊都受到電磁力的作用， 如圖 84所示， ab邊受到的力向左， cd邊受到的力向右， 這一對力對電樞產(chǎn)生電磁力矩， 使得電樞沿逆時針方向轉(zhuǎn)動起來。 第 8章 直流電動機 電樞轉(zhuǎn)了 180176。 之后， ab邊在下， cd邊在上， 因為電刷不動， 換向片與電樞一起轉(zhuǎn)動， 所以此時換向片 1轉(zhuǎn)到下方與 B刷相接觸， 換向片 2轉(zhuǎn)到上方與 A刷相接觸， 電源電流 Ia從正極性端到 A刷， 經(jīng)換向片 線圈 dcba、 換向片 1， 從電刷 B流出， 形成一個回路， 此時， 電樞繞組中的電流已經(jīng)反向， 根據(jù)左手定則可以判斷， 電樞的電磁轉(zhuǎn)矩不變， 仍然是逆時針方向， 所以轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向不變。 以上分析表明， 電刷和換向器的作用是將電源的直流電及時轉(zhuǎn)換成交流電送給電樞繞組， 以保證電樞的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變， 電動機按一定方向旋轉(zhuǎn)。 第 8章 直流電動機 直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 T是由電樞繞組通入直流電后， 在主磁場的作用下使得電樞繞組的導(dǎo)體受到力 F的作用而形成的。 根據(jù)電磁力定律， 電樞繞組通入直流電后， 每根有效導(dǎo)體受到的力可以表示為 F=BIl 式中， B為電磁感應(yīng)強度， 與每極磁通 Φ成正比； l為每根有效導(dǎo)體的長度， 取決于電動機的結(jié)構(gòu)， 是個定值； I為每根導(dǎo)體中的電流， 與電樞電流 Ia成正比。 第 8章 直流電動機 l為每根有效導(dǎo)體的長度， 取決于電動機的結(jié)構(gòu)， 是個定值； I為每根導(dǎo)體中的電流， 與電樞電流 Ia成正比。 直流電動機受到的電磁轉(zhuǎn)矩 T是由所有有效的導(dǎo)體所受電磁力 F共同產(chǎn)生的， 正比于電磁力 F， 可以用下式來表示 : T=CTΦIa （ 81） 式中， CT為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)， 與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)， 是個常數(shù)； Φ為每極磁通， 單位是 Wb； Ia為電樞電流， 單位為 A； T的單位為 Nm。 第 8章 直流電動機 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時， 電樞繞組切割磁力線作運動， 在每根導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 其有效值為 E=Blv 式中 v為導(dǎo)體運動的線速度， 單位是 m/s。 直流電動機的電樞繞組由許多導(dǎo)體按一定規(guī)律連接， 保證所有導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢都是疊加的， 即電樞電動勢與每根導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢成正比。 第 8章 直流電動機 導(dǎo)體運動的線速度 v與電樞繞組的轉(zhuǎn)速 n成正比。 由于習(xí)慣上用磁通來表示各個電量， 所以電動機的電樞電動勢為 Ea=CeΦn （ 82） 式中， Ce為電樞電動勢系數(shù)， 與電動機的結(jié)構(gòu)有關(guān)， 是個常數(shù)；