第2章 直流电机（课件）- 《电机与电气控制》同步教学（铁道出版社·2013）

第2章 直流电机 学习目标： ◆ 了解直流电机的组成及各部件的作用 ◆ 了解和掌握直流发电机工作原理、直流电动机的工作原理 ◆ 掌握直流电机的基本方程及机械特性方程 ◆ 能够掌握直流的启动、调速、制动过程 直流电机可分为直流电动机和直流发电机。直流发电机是将机械能转变为电能，而直流电动机将电能转换为机械能。由于直流电动机具有较好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力，故广泛应用在启动和调速要求较高的生产机械中，如轧钢机、起重机、造纸、纺织、电动汽车等行业中。通过掌握对直流电机的结构原理基础上，我们讨论直流电机的基本方程，特别是机械特性方程，这一点是电机拖动的基础。 2.1直流电机的结构和基本工作原理 2.1.1 直流电机的结构 图2—1 直流电机的剖面图 1—风扇；2—机座；3—电枢；4—主磁极；5—刷架； 6—换向器；7—端盖；8换向极；9—出线合；10—接线版 直流电机主要由定子和转子两大部分组成。定子用来安装磁极和作为电机的机械支撑，属于静止的部分。转子用来感应电动势而实现能量转换的部分故以称为电枢，属于可旋转部分。 1.定子 定子通常指磁路中静止部分及其机械支撑，包括机座、主磁极、换向极等。 （1）机座 直流机的机座有两种型式：整体机座和叠片机座。机座的主体部分作为磁极间磁的通路，这部分称为磁轭。机座同时又用来固定主极 、换向极和端盖，支撑电机。 图2—2 直流电机横截面示意图 1—换向极铁心；2—换向极绕组；3—主机铁心； 4—励磁绕组；5—电枢齿；6—电枢铁心；7—换向器； 8—电刷；9—电枢绕组；10—机座；11—底脚 （2）主磁极 主磁极的作用，使电枢表面的气隙 磁通密度在空间按一定形状分布，并且能 在磁极上固定励磁绕组，如图2—3所示 主磁极通常用0.5～3mm厚的低碳钢板冲 成 一 定形状的冲片，然后叠压成整体，再用螺栓固定在机座上。主磁极分成极身和极靴两段，极身较窄，外装励磁绕组，极靴两边伸出于极身之外的部分称为极尖。极靴面向电枢的曲面称为极弧，极弧与电枢外圆之间的间隙称为气隙。极弧的形状对电机运行性能有一定的影响，通常两极尖下的气隙较极中心处大。 （3）换向极 容量大于1KW的直流电机，在相邻两主磁极之间装设换向极，也称附加极。它的作用是帮助换向。换向极形状比较简单，因此常用厚钢板制成。有些电机的换向极也要求用钢片绝缘后叠装而成。换向极上装有换向极绕组，一般由粗的扁铜线绕成，只有几匝，换向极绕组总是与电枢绕组串联的。如图2—4 图2—4 换向极 （4）电刷装置 直流电机电枢绕组和电流均通过电刷装置与外电路相接。电刷本身是由石墨等做成的导电块，放在刷握内。刷握再装于刷架上，根据电流大小的不同，每个刷架上装有一个电刷或一组并联的电刷，同极性刷架上的电流汇集到一起后，引向接线板，再通向机外。如图2—5所示。 电刷顶部有细铜丝编织成的引线(称刷辫)，以便引出电流。电刷装于刷握中时，还压以弹簧，保证电枢转动时电刷与换向器表面有良好的接触。弹簧的压力可以进行调节。 图2—5 电刷装置 1—电刷；2—刷握；3—弹簧压板； 4—刷架座；5—刷杆 图2—6 直流电机的转子 1—风扇；2—绕组；3—电枢铁心； 4—绑带；5—换向器；6—轴 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承。直流电机的转子如图2—6所示。 （1）电枢铁心 它提供主极下磁通的通路。当电枢在磁场中旋转时，铁心中的磁通方向不断变化，因而也会产生涡流及磁滞损耗。电枢铁心通常用0. 5mm厚的低硅硅钢片或冷轧硅钢片叠成片间涂绝缘漆以减少损耗。硅钢片上还冲出转子槽，以便嵌放电枢绕组。 （2）电枢绕组 用带绝缘的铜导线绕成一个个的线圈元件，嵌放在电枢铁心的槽中，各元件按一定的规律联结到相应的换向片上，全部这些元件就组成了电枢绕组。 （3）换向器 换向器由许多换向片组成。这些换向片彼此以云母片相互绝缘，全部又以云母环对地绝缘。换向片由铜料制成，尾端开沟或接有联结片(称升高片)，以供电枢绕组元件端线焊于其中，如图2—7所示 图2—7 换向器 1—套筒；2—压圈；3—V形云母环；4—换向片；5—云母片；6—压圈 3.气隙 气隙是定子主极和电枢之间的间隙，是主磁路的重要组成部分，气隙磁场是电机进行能量转换的媒介，气隙的大小和气隙磁场的分布及其变化对电机运行影响很大。在小容量电机中，气隙约1～3mm；在大电机中，可达10～12mm 。 2.1.2 直流电机的分类和铭牌 直流电机分类可按以下进行： 按结果主要分为：直流电动机和直流发电机； 按类型主要分为：直流有刷电机和直流无刷电机； 按励磁方式分为：他励、并励、串励和