7.1 直流电机的结构（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

7.1 直流电机的结构 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握内转子式直流电机结构 掌握外转子直流电机的结构(简介) 掌握并学会转子(电枢)的内容 知识目标 能力目标 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 直流电机 直流电机是指能发出直流电流的发电机，或通以直流电流而转动的电动机。 直流电动机与交流电动机相比较，具有以下显著优点：它具有良好的启动性能，启动转矩较 大；能在较宽的范围内进行平滑的无级调速；还适宜于频繁启动。因此，凡要求广范围无级调速， 或者要求较大启动转矩的场合都采用直流电动机作为动力。 它应用于电力机车、无轨电车、轧钢 机、矿井卷扬机、大型机床、起重机等设备中，还应用于电动汽车、电瓶车、电动自行车和携带式电 动工具中。小容量的直流电动机大量应用于自动控制系统中。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 直流电机 直流发电机则作为各种直流电源，用于直流电动机的电源，化学工业中电解、电镀的电源，发 电厂中同步发电机的励磁电源，也称励磁机。 直流电机也存在一些缺点，如制造中消耗有色金属较多，工艺较复杂，成本较高，运行中，电 流换向的故障较多，维修比较麻烦，运行过程中容易产生火花。 对于粉尘比较大，易燃易爆场所 直流电机很难应用，这是它致命的弱点。这些使直流电动机的广泛应用受到了一定的限制，没有 交流电机应用广泛。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 直流电机实物图如图7-1所示 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 直流电机的结构如图7-2所示。 1—风扇；2—机座；3—电枢；4—主磁极；5—电刷架； 6—换向器；7—接线板；8—出线盒；9—换向磁极；10—端盖 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 直流电机的结构如图7-2所示。 1一前端盖；2—风扇；3—机座；4—电枢； 5—电刷架；6—后端盖 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 直流电机 转动的部分称为转子，通常也称电枢，包括电枢铁 心、电枢绕组、换向器、风扇和转轴等部件。 直流电机的所有部件可分为固定的和转动的两大部分。固定不动的部分称为定子，包括主 磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置等部件。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (1)主磁极主磁极由铁心及线圈两部分组成，通过螺钉固定在机座上。如图7-3所示，主 磁极铁心通常采用1~1.5 mm厚的钢板经冲剪叠压而成。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (1)主磁极主磁极 铁心的近气隙部分做成弧形，使气隙 中的磁通能均匀分布，并能挡住套在铁心上的励磁绕组，不致脱落。铁心的弧形部分通常称为极 掌。将绕制好的线圈——通常称为励磁绕组，套在铁心上组成主磁极。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (1)主磁极主磁极 主磁极的主要作用是产生主磁通，建立气隙主磁场。当励磁绕组通过直流电时，铁心就成 为一个固定极性的磁极。主磁极可为一对、两对或更多对数。在机座内呈N、S、N、S、…间隔 排列。励磁绕组用铜线(或铝线)在模具上绕制成型后，装在铁心上。绕组与铁心之间垫有绝缘物质。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (2)换向磁极 换向磁极又称附加磁极，也是由铁心和线圈组成。其铁心多采用扁钢，大容 量电机采用薄钢片制成。其励磁绕组的匝数较少，并与电枢绕组串联。换向磁极通常安装在两 个相邻的主磁极间的中性线上，所以又称间极。如图所示，其数量与主磁极相同或为其 一半，也用螺钉固定在机座上。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (2)换向磁极 换向磁极的作用是产生附加磁通，减小电枢绕组在电流换向时所产生的火花，改善电流换向。 换向磁极应当这样安排：对于电动机，顺着电枢旋转方向依次为N、N'、S、S'、N、N'、…(N'、S 表示间极，N、S表示主磁极),如图所示。对于发电机，顺着电枢旋转方向依次为N'、N、 S'、S、N'、N、S'、S…。如果顺序不对，反而使换向火花加剧，严重时可烧坏换向器。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (3)机座机座通常用铸铁、铸钢或钢板焊接而成。机座中传导磁通部分称为磁轭，主要作用有三： 一是作为磁轭传导磁通，它是电机磁路的一部分； 二是用来固定主磁极、换向磁极、电刷 装置和端盖等部件； 三是借用机座的底脚将电机固定在基础上 02 01 03 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (4)电刷装置 根据电流的大小，每一刷杆上可安装一至数只刷握组成电刷组，电刷组的数目一般等于主磁极的数目。在换向器 表面上，各电刷组之间的距离应该是相等的。电刷座是可以转动的，以便于调整电刷在换向器表 面上的位置。 电刷放在刷握内，用压紧弹簧以一定的压力通过压指将其压在换向器的表面上。 刷握固定在刷杆上，刷杆固定在刷杆座上。借刷辫将电流从电刷引入或引出。 电刷装置主要由电刷、刷握、刷杆、刷杆座及压紧弹簧(片)等零件构成 01 02 03 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (5)端盖端盖一般用铸铁制成，其作用是 ③维护人身安全，防止接触电机内部器件受到伤害。 ②能保护电机避免外界杂物落进； ①装有轴承支撑转轴转动，并有电刷装置固定 其上； 01 02 03 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (6)补偿绕组补偿绕组置于主磁极的极靴内，并且与主电路串联。其作用是用以抵消极 靴范围内电枢反应磁通势，以改善磁场性能。 只有大容量电机在换向困难的情况下，才安装补偿绕组。 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 2.转子(电枢) 转子通常称为电枢，它的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。 添加标题 (2)电枢绕组 电枢绕组通常用绝缘的铜线或扁铜线在模具上绕制成线圈后再放置于电 枢铁心槽中，并且用槽楔封口，以防止运转时抛出。 (1)电枢铁心 电枢铁心由硅钢片构成。为了减小涡流损耗，它采用0.35 mm 厚的相互绝缘 的硅钢片冲制叠压而成。 01 02 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 2.转子(电枢) 转子通常称为电枢，它的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。 添加标题 换向片的作用，在发电机中，换向片使电枢绕组中的 交变电动势变为电刷端点的直流电动势；在电动机中，它 能将外加的直流电变为电枢绕组中的交流电。 (3)换向器 换向器是由许多楔形铜片组装而成，形成一个圆柱体，片与片之间用厚0.4~1.2 mm 的云母隔开，所有换向片与轴也是绝缘的。 01 02 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 (3)换向器 它装 在电枢的一端，每一个换向片按一定规律与电枢线圈连 接。换向器的结构如图7-7所示。 1—片间云母；2—锁紧螺母； 3-V 形环；4一套简； 5—换向片；6一云母绝缘 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 3.其他部分 其他部分有风扇、转轴、支架、气隙。 01 风扇为自冷式电机中冷却气流的主要来源，防止电 机温升过高。 02 转轴是电枢的主要部件，它传送扭矩、承受重量及各 种电磁力，应有足够的强度、刚度及抗疲劳寿命。中小型 电机多为实心台阶轴。 03 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 3.其他部分 支架是大、中型电机电枢或转子组件的支撑件，有利于通风和减轻重量。 01 气隙是电机主磁极与电枢之间的间隙，小型电机气隙为1～3 mm, 大型电机气隙为10~ 12 mm。 02 气隙虽小，因空气磁阻较大，在电机磁路系统中有重要作用，其大小、形状对电机性能有 显著影响。 03 新知学习 一 、内转子式直流电机结构 3.其他部分 综上所述，直流电机的结构有定子和转子两大部分，两者之间存在着气隙。 01 直流电机的定 子，主要用来建立磁场，并起机械支撑和防护作用； 02 转子是电枢，用来产生感应电动势和通过电 流，产生转矩，起着机械能与电能之间的转换作用。 03 新知学习 二、外转子直流电机的结构(简介) 电动轮式电机是一种外转子式永磁直流电机，如图7-8所示。 新知学习 二、外转子直流电机的结构(简介) 电动轮式电机是一种外转子式永磁直流电机。 其结构是定子铁心、定子绕组 在内，转子在外，将永久磁铁固定在车轮上，与车轮一起转动。定子铁心固定在轴上，定子绕组固 定在定子铁心上。 1 取消了机械换向器和电刷，采用逆变器(将直流变成交流)进行电子换向。电 机内的旋转磁场由逆变器供电产生。用传感器检测转速的同时控制电动机速度和转矩，永久磁铁多采用钐钴或钕铁硼类。 2 国外已开发出额定输出功率为6.8 kW, 最大输出 25 kW的电动轮式电机。近年来，中国科学院电工研 究所也研制了电动轮式电机，采用外转子结构，转子材 料为钕铁硼永磁，功率为20 kW,极数为24极，车胎直 接与外转子相连，车轮的转速即为电动机的转速，无需 传动机构，因而噪声低，效率高。 3 新知学习 三 、无刷直流电机结构(简介) 直流电机PWM调速系统框图如图7-9所示。 新知学习 三 、无刷直流电机结构(简介) 电动机绕组接法很多，三相绕组最常见的接法有星形联结和三角形联结。无刷直流电动 机桥式电路如图所示。 (a) 星形联结 新知学习 三 、无刷直流电机结构(简介) 电动机绕组接法很多，三相绕组最常见的接法有星形联结和三角形联结。无刷直流电动 机桥式电路如图所示。 (b) 三角形联结 新知学习 三 、无刷直流电机结构(简介) 图所示为三相星形桥式电路电机绕组与晶体管的通电 示意图。 (a) 电机绕组 新知学习 三 、无刷直流电机结构(简介) 图所示为三相星形桥式电路电机绕组与晶体管的通电 示意图。 (b) 晶体管 1.直流电机定子的组成部件不包括以下哪项？ A. 主磁极 B. 换向极 C. 风扇 D. 机座 课堂练习 答案：C 2.直流电机转子的组成部件包括以下哪项？ A. 主磁极 B. 换向极 C. 电枢铁芯 D. 机座 课堂练习 答案：C 3.直流电动机运行时，电刷与换向器的作用是使电枢线圈中的： A. 电流方向不变，电磁力方向不变 B. 电流方向改变，电磁力方向不变 C. 电流方向改变，电磁力方向改变 D. 电流方向不变，电磁力方向改变 课堂练习 答案：B 4.直流发电机运行时，电刷与换向器的作用是使电刷间： A. 感应电动势极性不变，输出电流方向不变 B. 感应电动势极性改变，输出电流方向不变 C. 感应电动势极性改变，输出电流方向改变 D. 感应电动势极性不变，输出电流方向改变 课堂练习 答案：B 5.直流电动机机械特性硬度越硬，表明： A. 转矩变化大、转速变化大 B. 转矩变化小、转速变化大 C. 转矩变化小、转速变化小 D. 转矩变化大、转速变化小 课堂练习 答案：C 6.直流电动机机械特性硬度越软，表明： A. 转矩变化大、转速变化大 B. 转矩变化小、转速变化大 C. 转矩变化小、转速变化小 D. 转矩变化大、转速变化小 课堂练习 答案：A 7.直流电动机处于制动状态时机械特性曲线过坐标系原点的是： A. 反馈制动 B. 电源反接制动 C. 能耗制动 D. 倒拉反接制动 课堂练习 答案：A 8.直流电机的额定功率指： A. 转轴上吸收的机械功率 B. 转轴上输出的机械功率 C. 电枢端口吸收的电功率 D. 电枢端口输出的电功率 课堂练习 答案：B 课堂小结 1.简述三相星形桥式电路电机绕组与晶体管的通电。 2.简述直流电机PWM 调速系统框图。 3.简述直流电机PWM调速系统框图。 作业布置 感谢观看 $$