【正文】 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的分類和銘牌數(shù)據(jù) 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 直流電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速 思考題與習(xí)題 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī) 定子由機(jī)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(dòng)機(jī) 圖 82 直流電動(dòng)機(jī)的定子 端蓋換向磁極主磁極機(jī)座電刷裝置端蓋第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 機(jī)座用來放置主磁極和換向磁極， 同時(shí)它也是磁路的一部分， 起導(dǎo)磁作用， 用鑄鐵或鑄鋼制成。 機(jī)座的兩邊各有一個(gè)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(lì)磁繞組組成， 可以是一對、 兩對、 三對等。 當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電時(shí)， 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(lì)磁。 只有小直流電機(jī)的主磁極才用永久磁鐵， 這種電機(jī)稱為永磁直流電機(jī)。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 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(jī)一般換向磁極的個(gè)數(shù)較少或不裝換向磁極， 超過 1 kW的直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)， 用以調(diào)整電刷的位置。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī) 圖 83 直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī) 電樞鐵心與交流電動(dòng)機(jī)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(gè)磁路的一部分。 電樞繞組由多個(gè)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(jī)的電路部分， 用來產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢、 感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 換向器是直流電機(jī)一個(gè)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(gè)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(gè)整體后澆鑄成型。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)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(gè)力的作用旋轉(zhuǎn)起來。 我們以最簡單的電動(dòng)機(jī)模型來說明電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理。 如圖 84所示， N、 S為一對主磁極， 通過直流電源勵(lì)磁產(chǎn)生恒定磁場， 勵(lì)磁繞組未畫出。 電樞繞組只畫了一個(gè)線圈， 2為兩個(gè)換向片， 與電樞繞組相連， A、 B兩個(gè)電刷與外電路相連。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)接通直流電源之后， 電刷兩端加了一個(gè)直流電壓， A刷為正， B刷為負(fù)， 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(gè)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 電樞轉(zhuǎn)了 180176。 之后， ab邊在下， cd邊在上， 因?yàn)殡娝⒉粍?dòng)， 換向片與電樞一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 所以此時(shí)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(gè)回路， 此時(shí)， 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(shí)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(shí)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(dòng)機(jī)按一定方向旋轉(zhuǎn)。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)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(qiáng)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)， 是個(gè)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(dòng)機(jī) l為每根有效導(dǎo)體的長度， 取決于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)， 是個(gè)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(dòng)機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)， 是個(gè)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(dòng)機(jī) 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)， 電樞繞組切割磁力線作運(yùn)動(dòng)， 在每根導(dǎo)體兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢， 其有效值為 E=Blv 式中 v為導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的線速度， 單位是 m/s。 直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)勢都是疊加的， 即電樞電動(dòng)勢與每根導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢成正比。 第 8章 直流電動(dòng)機(jī) 導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)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(gè)電量， 所以電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢為 Ea=CeΦn （ 82） 式中， Ce為電樞電動(dòng)勢系數(shù)， 與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)， 是個(gè)常數(shù)；