直流电机（课件）-《电机与电气控制》同步教学（高等教育出版社）

1.1 直流电机的结构和基本工作原理 1.2 直流电动机的启动和反转 1.3 直流电动机的调速 1.4 直流电动机的制动 本章小结 思考题 第1章 直流电机 第1章 直流电机 1.1.1 直流电机的结构 　　直流电机由两个主要部分组成： 静止部分和转动部分。静止部分称为定子，由主磁极、 换向磁极、 机座和电刷装置等组成，主要用来建立磁场。转动部分称为转子或电枢，由电枢铁芯、 电枢绕组、 换向器、 风扇、 转轴等组成，是机械能变为电能或电能变为机械能的枢纽。在静止和转动部分之间，有一定的间隙，称为气隙。图1-1所示为直流电机结构图， 图1-2所示为直流电机组成部件。 1.1 直流电机的结构和基本工作原理 第1章 直流电机 图1-1 直流电机结构图 第1章 直流电机 图1-2 直流电机组成部件 第1章 直流电机 　　1． 静止部分 　　(1) 主磁极。主磁极的作用是产生一个恒定的主磁场，它由铁芯和励磁绕组组成。在励磁绕组中通入直流电流后，铁芯中即产生励磁磁通，并在气隙中建立磁场。励磁绕组是用绝缘铜线绕制的线圈，套在铁芯外面。铁芯一般用硅钢片叠压而成。主磁极总是N、 S两极成对出现的。主磁极的励磁绕组相互串联连接，连接时要能保证相邻磁极的极性按N、 S交替排列。 主磁极的结构如图1-3所示。 第1章 直流电机 图1-3 主磁极 第1章 直流电机 　　(2) 换向磁极。 换向磁极是由铁芯和换向磁极绕组构成，如图1-4所示。换向磁极安装在相邻两个主磁极的中间线上，当换向磁极绕组通入直流电流时，它所形成的磁场对电枢磁场产生影响。换向磁极的作用是减小电刷与换向器之间的火花。换向磁极绕组一般总是与电枢绕组串联。 第1章 直流电机 图1-4 换向磁极 第1章 直流电机 　　(3) 机座。 机座由铸铁或铸钢制成，是磁路的一部分。它用来固定主磁极、 换向磁极和端盖。其结构如图1-5所示。 图1-5 机座 第1章 直流电机 　　(4) 电刷装置。 电刷将旋转的电枢绕组电路与静止的外部电路相连接，把直流电流引入或将直流感应电动势引出。直流电机的电刷装置由电刷及刷握、 弹簧、 刷杆座等组成。电刷放置在刷握内，用弹簧压紧在换向器上。一般电刷组数与主磁极极数相等。电刷装置在换向器表面应对称分布，并且可以移动，用以调整电刷在换向器上的位置。电刷装置如图1-6所示。 第1章 直流电机 图1-6 电刷装置 第1章 直流电机 　　2． 转动部分 　　 (1) 电枢铁芯。 电枢铁芯是磁路的一部分，同时对放置在其上的电枢绕组起支撑作用。直流电机运行时，交变的磁通会在铁芯中产生涡流和磁滞损耗。为了减少涡流损耗，电枢铁芯通常采用0.5 mm厚且表面涂绝缘漆的硅钢片叠压而成，每片周围均匀分布许多齿和槽，槽内可安放电枢绕组。其结构如图1-7所示。 第1章 直流电机 图1-7 电枢及铁芯冲片 (a) 电枢； (b) 铁芯冲片 第1章 直流电机 　　(2) 电枢绕组。 电枢绕组是直流电机电路的主要组成部分，也是感生电动势，产生电磁转矩实现机、 电能量转换的重要部件。电枢绕组通常用绝缘的铜线或扁铜线在模具上绕成线圈后再放置在电枢铁芯槽中，槽口用槽楔压紧，以防止旋转时将绕组甩出。 　　(3) 换向器。 换向器是由许多铜质换向片组成的一个圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。 　　换向器装在电枢的一端，电枢绕组的两端分别焊接到两片换向片上。它是直流电机的重要部件。其作用是： 在直流电动机中，将外加的直流电流变为电枢绕组中的交流电流； 在直流发电机中，将电枢绕组中的交变电动势变为电刷间的直流电动势。换向器的结构如图1-8所示。 第1章 直流电机 图1-8 换向器的结构 第1章 直流电机 　　3． 气隙 　　气隙是直流电机磁路的重要部分。一般小型电机的气隙为0.5～5 mm, 大型电机为5～10 mm ，但由于气隙磁阻远大于铁芯磁阻，对电机性能有很大的影响, 因而在组装时应特别注意。 第1章 直流电机 1.1.2 直流电机的工作原理 　　1． 直流电动机的工作原理 　　图1-9所示为简单的直流电动机的原理图。图中, N和S是一对固定的磁极，用来建立恒定磁场。两磁极之间有一个可以转动的圆柱形铁芯，铁芯上固定着线圈abcd。线圈的ad端接在随电枢一起旋转的两片半圆形铜片上，这两个铜片合称为换向器，换向器固定在转轴上且与转轴绝缘。铁芯、 线圈和换向器组合在一起形成电枢。 电刷A、 B分别与换向片接触而通向外电路。 第1章 直流电机 　　通电线圈在磁场中要受到磁场力的作用。假设电刷A与电源的正极相连，电刷B与电源的负极相连，电流经A-d-c-b-a-B 形成回路。根据左手定则，线圈ab受力向右，线圈cd受力向左。这样就形成