1、1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.2直流電機(jī)的電樞繞組1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列,第一章 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理,,主磁極,換向磁極,電刷裝置,機(jī)座,端蓋,,電樞鐵芯,電樞繞組,換向器,轉(zhuǎn)軸,軸承,1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1.1直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu),圖1-2 直流電機(jī)的正剖面圖1．極靴 2．電樞齒 3．電樞槽 4．主磁極 5．勵(lì)磁繞組 6．機(jī)座（磁軛） 7．換向極 8．換向極繞組 9．電樞繞

2、組 10．電樞鐵芯 11．底腳,,圖1-3 換向極結(jié)構(gòu)1．換向極鐵芯 2．換向極繞組,圖1-4 電刷盒裝配1．刷盒 2．電刷 3．銅絲辮 4．壓緊彈簧,圖1-5 電樞鐵芯沖片,,圖1-6 直流電機(jī)換向器,,圖1-6 直流電機(jī)換向器,1.1.2 直流電機(jī)的基本原理,1、直流發(fā)電機(jī)工作原理,右圖為直流發(fā)電機(jī)的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)磁圓柱體上的線圈，線圈連同導(dǎo)磁圓柱體稱(chēng)為電機(jī)的轉(zhuǎn)子或電樞。線圈

3、的首末端a、d連接到兩個(gè)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(guò)放置在換向片上固定不動(dòng)的電刷進(jìn)行的。,當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 后 ，如右圖。,可見(jiàn)，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下。,導(dǎo)體ab在S極下，a點(diǎn)低電位，b點(diǎn)高電位；導(dǎo)體cd在N極下，c點(diǎn)低電位，d點(diǎn)高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負(fù)。,可見(jiàn)，和電刷A接觸的導(dǎo)體總是位于N極下，和電

4、刷B接觸的導(dǎo)體總是位于S極下，因此電刷A的極性總是正的，電刷B的極性總是負(fù)的，在電刷A、B兩端可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。,實(shí)際直流發(fā)電機(jī)的電樞是根據(jù)實(shí)際需要有多個(gè)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(lái)，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對(duì)。,2、直流電動(dòng)機(jī)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(fù)極。此時(shí)電樞線圈中將電流流過(guò)。如右圖。,直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。,在

5、磁場(chǎng)作用下，N極性下導(dǎo)體ab受力方向從右向左，S 極下導(dǎo)體cd受力方向從左向右。該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。,原N極性下導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，受力方向從左向右，原S 極下導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，受力方向從右向左。該電磁力形成逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(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(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。,當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)到右圖所示位置時(shí),同直流發(fā)電機(jī)相同，實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并

6、非一對(duì)。,電樞繞組是直流電機(jī)的核心部分。無(wú)論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩都在電樞繞組中產(chǎn)生，電樞繞組是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的樞紐，電樞繞組的名稱(chēng)由此而來(lái)，并為此把直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子稱(chēng)為電樞。,1.2直流電機(jī)的電樞繞組 1.2.1基本知識(shí),繞組元件 稱(chēng)構(gòu)成繞組的線圈為繞組元件，是用絕緣銅線繞制的。元件的開(kāi)始端頭稱(chēng)首端，終了端頭稱(chēng)末端。嵌放在電樞鐵芯槽中的直線部分稱(chēng)有效邊，連接兩個(gè)有效邊的部分稱(chēng)為端接部分。一個(gè)元件可以是單匝或多匝

7、。,直流電機(jī)電樞繞組是雙層的，即每個(gè)槽分上下兩層嵌放元件有效邊。每個(gè)元件的一個(gè)邊嵌放在一個(gè)槽子的上層，另一個(gè)邊嵌放在另一個(gè)槽子的下層,線圈數(shù)、槽數(shù)、換向片數(shù)的關(guān)系：元件數(shù)等于換向片數(shù)等于槽數(shù)，即 S=K=Z式中 S —元件數(shù)； K—換向片數(shù)； Z—電樞實(shí)際槽數(shù)。,,疊繞組和波繞組 疊繞組是指相串聯(lián)的后一個(gè)元件端接部分緊疊在

8、前一個(gè)元件端接部分的上面，整個(gè)繞組成褶疊式前進(jìn)；波繞組是指相串聯(lián)的兩個(gè)元件像波浪式的前進(jìn)如圖所示,1.2.2電樞繞組的節(jié)距,1．極距 極距就是一個(gè)磁極在電樞表面的空間距離,,2 ．第一節(jié)距y1 第一節(jié)距是指一個(gè)線圈兩有效邊之間在電樞表面上的跨距，以槽數(shù)表示，如圖1—10所示。由于線圈邊要放入槽內(nèi)，所以應(yīng)是整數(shù)。而為了讓組能感應(yīng)出最大的電動(dòng)勢(shì)，應(yīng)使接近或等于極距。為了節(jié)省銅線及其工藝的方便，一般采用短距或整距繞組。3．第二節(jié)距y2

9、 它是指相串聯(lián)的兩個(gè)相鄰線圈中，第一個(gè)線圈的下層邊與相鄰的第二個(gè)線圈的上層邊之間的距離，用槽數(shù)表示。4．換向片節(jié)距yk 線圈的兩端所連接的換向片之間距離，用該線圈跨過(guò)的換向片數(shù)來(lái)表示。5．合成節(jié)距y 它是指相串聯(lián)的兩個(gè)相鄰線圈對(duì)應(yīng)的有效邊之間的距離，用槽數(shù)表示。,,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(gè)元件疊在前一個(gè)元件之上。,繪制展開(kāi)圖的步驟是：第一步：計(jì)算繞組的各節(jié)距。包括、y、y1。第二步：畫(huà)

10、槽、畫(huà)元件，按順序編號(hào)。每槽用兩條短線表示，實(shí)線表示上層，虛線表示下層。注意：實(shí)線上的標(biāo)號(hào)既表示槽號(hào)又表示元件號(hào)，同時(shí)還表示該元件的上層邊所在的位置。第三步：畫(huà)換向片，按順序編號(hào)。用小方塊代表各換向片，換向片與電樞同周長(zhǎng)，換向片的編號(hào)也是按順序從左向右并以第一元件上層邊所連接的換向片作為第一換向片號(hào)。第四步：排列、連接繞組。根據(jù)各節(jié)距按規(guī)律排列連接。第五步：放置主磁極。主磁極應(yīng)N、S極交替地、均勻地放置在各槽之上，每個(gè)磁極的寬度約

11、為0.7倍的極距。第六步：安放電刷。在展開(kāi)圖中，直流電機(jī)的電刷置于磁極中心線下，電刷大小與換向片相同，電刷數(shù)與主磁極數(shù)相同。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，直流電機(jī)電刷的位置是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定的。,1.2.3單疊繞組,〔例〕 已知一臺(tái)直流電機(jī)，2p=2，S=K=Z=8，畫(huà)出單疊繞組展開(kāi)圖。解：計(jì)算繞組的各節(jié)距：極距： 第一節(jié)距 ： 合成節(jié)距 ： y=yk=1 按照上述步驟繪制單疊繞組的展開(kāi)圖，如圖所示。,,,,單疊繞組的并

12、聯(lián)支路圖畫(huà)出元件的連接及有關(guān)的換向片和電刷，就成了繞組的并聯(lián)支路圖。并聯(lián)支路圖，就是繞組的電路簡(jiǎn)圖,,單疊繞組的特點(diǎn)（1）y=yk=1（2）2a=2p（3）同一個(gè)主磁極下的元件串聯(lián)在一起組成一個(gè)支路，有幾個(gè)主磁極就有幾條支路；（4）電刷數(shù)等于主磁極數(shù)，電刷位置應(yīng)使支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，電刷間電動(dòng)勢(shì)等于并聯(lián)支路電動(dòng)勢(shì)；（5）電樞電流等于各并聯(lián)支路電流之和,1.2.4單波繞組,單波繞組直接相連的兩個(gè)線圈的對(duì)應(yīng)邊不是在同一個(gè)主磁極

13、下面，而是分別處于相鄰兩對(duì)主磁極中的同極性磁極下面，合成節(jié)距約等于兩個(gè)極距,,2p=4，Z=15單波短距繞組的展開(kāi)圖,,,單波繞組并聯(lián)支路圖單波繞組對(duì)應(yīng)的瞬間并聯(lián)支路圖如圖所示。由圖可知，單波繞組只有一對(duì)并聯(lián)支路，支路對(duì)數(shù)與磁極對(duì)數(shù)無(wú)關(guān)，即a=1。,單波繞組的特點(diǎn) （1） （2）a=1； （3）電樞電動(dòng)勢(shì)等于支路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； （4）正負(fù)電刷間電動(dòng)勢(shì)最大。,,1.3直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及主要系列,1.3

14、.1直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),銘牌數(shù)據(jù)主要包括：電機(jī)型號(hào)、額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁電流、勵(lì)磁方式、勵(lì)磁電壓、工作方式、絕緣等級(jí)等，此外還有電機(jī)的出廠數(shù)據(jù)，如出廠編號(hào)、出廠日期等。,1．直流電機(jī)的型號(hào)其格式為：第一個(gè)字符用大寫(xiě)的漢語(yǔ)拼音表示產(chǎn)品系列代號(hào)，第二個(gè)字符用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號(hào)，第三個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字是機(jī)座中心高，第四個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字表示電樞鐵芯長(zhǎng)度代號(hào)，第五個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字表示端蓋的代號(hào)。例如型號(hào)是Z4—200—21的直流

15、電機(jī)，Z是系列（即一般用途直流電動(dòng)機(jī)）代號(hào)，200是電機(jī)中心高（mm），21中的2是電樞鐵芯長(zhǎng)度代號(hào)，1是端蓋的代號(hào)。,2．直流電機(jī)的額定值（1）額定功率 對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指正負(fù)電刷之間輸出的電功率；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，則是指軸上輸出的機(jī)械功率。（2）額定電壓 指額定運(yùn)行狀況下，直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓或直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，單位為V 。（3）額定電流 指在額定情況下，電機(jī)流出或流入的電流，單位為A 。直流發(fā)電機(jī)額定電流為

16、 直流電動(dòng)機(jī)額定電流為 （4）額定效率 式中PN—是額定輸出功率； P1—是輸入功率。 （5）額定轉(zhuǎn)速nN 在額定功率、額定電壓、額定電流時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 （6）額定勵(lì)磁電壓 Uf 在

17、額定情況下，勵(lì)磁繞組所加的電壓，單位為V。 （7）額定勵(lì)磁電流If 在額定情況下，通過(guò)勵(lì)磁繞組的電流，單位為A。,,,,直流電機(jī)出線端標(biāo)志,注：下標(biāo)1是首端，為正極；下標(biāo)2是末端，為負(fù)極。,1.3.2直流電機(jī)的主要系列搞系列化的目的是為了產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。我國(guó)電機(jī)的主要系列有： （1）Z2系列。 一般用途的中小型直流電機(jī)。 （2）Z和ZF系列。 一般用途的中大型直流電機(jī)，其中“Z”為直流電動(dòng)機(jī)系列

18、，“ZF”為直流發(fā)電機(jī)系列。 （3）ZT系列。 用于恒功率且調(diào)速范圍較寬的寬調(diào)速直流發(fā)電機(jī)。 （4）ZZJ系列。 冶金輔助拖動(dòng)機(jī)械用的冶金起重直流電動(dòng)機(jī)，它具有快速起動(dòng)和承受較大過(guò)載能力的特性。 （5）ZQ系列。 電力機(jī)車(chē)、工礦電機(jī)車(chē)和蓄電池供電的電車(chē)用的直流牽引電動(dòng)機(jī)。 （6）Z—H系列。 船舶上各種輔機(jī)船用的直流電動(dòng)機(jī)。 （7）ZA系列。 用于礦井和易爆氣體場(chǎng)合的防安爆全型直流電機(jī)。