第四章-第一節(jié)：直流電動機

第四章

特殊電機第一節(jié)：直流電動機

目錄目錄Content儀用互感器直流電動機的工作原理01直流電動機的結(jié)構(gòu)02直流電動機的應(yīng)用03特殊電機簡介前面介紹的三相及單相異步電動機均是輸入三相或單相交流電能轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)的機械能輸出的電氣裝備。而特殊電機一般是指輸入的電能性質(zhì)除交流電能以外，也可以是直流電能或電脈沖信號，它的輸出既有作為驅(qū)動功能使用，也有作為控制功能及其他功能之用。驅(qū)動用特殊電機主要作為驅(qū)動機械或裝備之用，如直線電動機、微型同步電動機、伺服電動機、步進電動機、永磁電動機、電機功率擴大機、直流電動機等?？刂朴锰厥怆姍C主要是在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中作檢測、放大、執(zhí)行和校正元件使用的電機，如測速發(fā)電機、自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由于特殊電機具有高精確度、高靈敏度、高可靠性和方便靈活等特點，其用途已越來越廣，其產(chǎn)品品種及數(shù)量已有極大的增長。例如，普通汽車上需15臺電機，高級轎車可達80臺電機，多數(shù)屬特殊電機之列，用于啟動汽油機、照明、充電、拖動空調(diào)器及泵類、車窗玻璃的升降、自動檢測、自動控制等。在飛機、船舶、機車中的自動導(dǎo)航、自動控制、自動檢測等方面均靠特殊電機來執(zhí)行。在數(shù)控機床、加工中心、仿形加工、機器人、機械手及自動軋鋼設(shè)備、紡織、造紙等機械的程序控制、自動控制也主要由特殊電機來完成。電動門、水壩閘門的自動開閉，高級錄像及攝影設(shè)備，自動記錄儀和計算機外部設(shè)備、打印機、繪圖機等方面均要用到特殊電機。據(jù)估算我國特殊電機的年產(chǎn)量已達數(shù)百億臺。一、直流電動機的工作原理直流電動機工作原理二左手定則左手定則—判斷通電直導(dǎo)線在磁場中受力方向；磁場從N指向S，穿過手心四指指向通電直導(dǎo)體電流方向則拇指指向為直導(dǎo)體運動方向直流電動機工作原理分析會用到電磁感應(yīng)定律左手定則和右手定則。一、直流電動機的工作原理直流電動機工作原理二右手定則右手定則—判斷感應(yīng)電流的方向；磁場N穿過手心指向S拇指方向指向直導(dǎo)體運動方向其余四指則指向直導(dǎo)體感應(yīng)電流方向。一、直流電動機的工作原理直流電動機工作原理二U在電刷A、B之間加上直流電壓U，便有直流電流i流入矩形線圈，從+級流入，-級流出。電流從電源正極出來，經(jīng)過電刷A及換向片進入矩形線圈，然后分別經(jīng)過abcd到達下面的換向片，再經(jīng)過電刷B回到電源的負極。根據(jù)左手定則可以判斷矩形線圈ab邊受到向左的電磁力，cd邊受到向右的電磁力，矩形線圈向逆時針方向轉(zhuǎn)動。一、直流電動機的工作原理直流電動機工作原理二U同樣的道理，當(dāng)矩形線圈轉(zhuǎn)動到如圖b所示位置，ab邊在下，cd邊在上電流從正極流入，經(jīng)過dcba，再從負極流出ab邊受到向右的電磁力，cd邊受到向左的電磁力，矩形線圈仍然保持逆時針轉(zhuǎn)動。矩形線圈就完成了逆時針轉(zhuǎn)動一圈一、直流電動機的工作原理一、直流電動機的工作原理當(dāng)?shù)竭_圖4-1中的位置3時，導(dǎo)體ab處于N極下，而導(dǎo)體cd處于S極下(正好與位置1相反),與導(dǎo)體ab相接的銅環(huán)與電刷A(一)接觸，與導(dǎo)體cd相連的銅環(huán)與電刷B(十)接觸。對照位置1及位置3可以看出，當(dāng)導(dǎo)體在不同的磁極下通過時，換向器改變了導(dǎo)體中的電流方向，而導(dǎo)體中電流方向的改變使線圈能沿同一方面繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，即電動機能連續(xù)運轉(zhuǎn)。由此可以歸納出直流電動機的工作原理：直流電動機在外加直流電源的作用下，在可繞軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)體中形成電流，載流導(dǎo)體在磁場中將受到電磁力的作用而旋轉(zhuǎn)，借助于電刷和換向器的作用，使電動機能連續(xù)運轉(zhuǎn)，從而將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能。一、直流電動機的工作原理由上分析可見，當(dāng)線圈在水平位置時，轉(zhuǎn)動力最大，當(dāng)線圈在垂直位置時，轉(zhuǎn)動力最小。單線圈電樞在一個周期內(nèi)的轉(zhuǎn)矩曲線如圖4-2所示，單線圈電樞組成的電動機的實用價值很小，如果線圈數(shù)增加為互相垂直的兩組(銅環(huán)也增加為四個),成為如圖4-3所示的雙線圈電樞，雙線圈電樞的轉(zhuǎn)矩曲線如圖4-3所示，雖然該轉(zhuǎn)矩仍是脈動的，但在最大值與最小值之間的波動已明顯削弱。一、直流電動機的工作原理直流電動機的典型電樞如圖4-4所示，該電樞由許多粗導(dǎo)線線圈以及換向器組成。直流電機的運行是可逆的，即一臺直流電機既可作直流發(fā)電機運行，又可作直流電動機運行。當(dāng)輸入機械轉(zhuǎn)矩，使電機旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時，即是將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔茌敵?，作直流發(fā)電機運行。反之，當(dāng)輸入直流電能，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電機旋轉(zhuǎn)時，則是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能輸出，此時即作直流電動機運行。二、直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機的結(jié)構(gòu)二定子轉(zhuǎn)子（電樞）直流電動機的結(jié)構(gòu)二主要用來產(chǎn)生工作磁場1、定子

(1)主磁極(2)換向極(3)電刷裝置(4)機座(5)端蓋和軸承等二機座與磁極主磁極由沖壓制作的硅鋼片疊成，在主磁極上套有定子勵磁繞組。在1kW以上的直流電機還裝有換向極，極上套有換向極繞組。1、定子

機座就是磁軛，由導(dǎo)磁良好的鋼材制作，把套有勵磁繞組的主磁極用螺栓安裝在機座內(nèi)側(cè)。有換向極的電機把換向極安裝在兩個主磁極之間直流電動機的結(jié)構(gòu)在機座兩端還有前端蓋與后端蓋軸承安裝在端蓋上，電機轉(zhuǎn)子軸依靠端蓋支撐端蓋對電機內(nèi)部的部件起著隔離與保護作用。端蓋和軸承1、定子

直流電動機的結(jié)構(gòu)二電刷裝置1、定子

把電刷裝置安裝在后端蓋上，不放電刷。電刷盒固定在電刷座上，組成電刷裝置。電刷裝在電刷盒（刷握）內(nèi)，由渦狀彈簧壓向換向器，電刷通過刷辮連到接線端子。直流電動機的結(jié)構(gòu)二2.電樞（轉(zhuǎn)子）(1)電樞鐵心(2)電樞繞組(3)換向器(4)轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇電動機旋轉(zhuǎn)部分是轉(zhuǎn)子，在電機中起著機械能與電能之間轉(zhuǎn)換的作用，直流電機的電樞就是轉(zhuǎn)子。直流電動機的結(jié)構(gòu)二為減小兩磁極間的磁阻，增強兩磁極間的磁通密度，轉(zhuǎn)子鐵芯（電樞鐵芯）由導(dǎo)磁良好的材料制作，在轉(zhuǎn)子的圓周有線槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子的線圈。為防止渦流損耗，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成，每片表面涂有絕緣清漆。鐵芯中間開圓形孔，用來安裝轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵芯2.電樞（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子鐵芯安裝在定子兩個磁極之間，與定子磁極間有很小的縫隙（氣隙），可自由旋轉(zhuǎn)。直流電動機的結(jié)構(gòu)二電樞鐵芯的線槽里嵌有線圈，組成電樞繞組。嵌在槽內(nèi)的稱為有效邊，露在槽外的稱為端部。電樞繞組2.電樞（轉(zhuǎn)子）繞組采用疊繞法，每個線圈是一樣的，在線槽內(nèi)順序嵌放轉(zhuǎn)子線圈（線框）繞組的首尾端依次焊接。直流電動機的結(jié)構(gòu)二嵌好全部線圈的狀態(tài)，在每個線槽內(nèi)有兩個線圈的有效邊。再把轉(zhuǎn)子鐵芯顯示出來。電樞繞組2.電樞（轉(zhuǎn)子）直流電動機的結(jié)構(gòu)二換向器有多個銅制換向片，排成圓筒形，換向片間留有縫隙，相互絕緣。換向器2.電樞（轉(zhuǎn)子）直流電動機的結(jié)構(gòu)二把轉(zhuǎn)子線圈的引出線按規(guī)律焊接在換向片上為散去電機發(fā)出的熱量，還要在電樞轉(zhuǎn)軸上安裝風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸與風(fēng)扇2.電樞（轉(zhuǎn)子）換向器安裝在轉(zhuǎn)軸上直流電動機的結(jié)構(gòu)二電刷裝置與換向器的位置關(guān)系見圖，根據(jù)電樞繞組的常用繞法的線端頭與換向器焊接位置，兩個電刷組分布在換向器上下兩側(cè)。直流電動機的結(jié)構(gòu)二安裝轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子軸兩端安裝好軸承，把轉(zhuǎn)子插入定子主磁極之間直流電動機的結(jié)構(gòu)二把兩個端蓋分別安裝在機座兩端，使轉(zhuǎn)子可以自由旋轉(zhuǎn)，蓋好軸承蓋。裝入電刷，把電刷線串連換向極繞組后穿出機座外，無換向極的直接把電刷線穿出機座外，在接線盒內(nèi)把線接好。蓋好進氣口百頁窗與出氣口百頁窗。直流電動機的結(jié)構(gòu)二直流電動機的外觀圖直流電動機的結(jié)構(gòu)二勵磁方式是指直流電動機主磁場的產(chǎn)生方法。一類由永久磁鐵產(chǎn)生，稱永磁直流電動機；另一類是由主極繞組通直流電產(chǎn)生，根據(jù)主極繞組與電樞繞組接法的不同分他勵、并勵、串勵和復(fù)勵電動機。如圖4-8。3.直流電動機的勵磁方式三、直流電動機的應(yīng)用

1．直流電動機的起動直流電動機由靜止?fàn)顟B(tài)到正常運行的過程稱為起動。直流電動機起動時的主要問題是起動電流比較大。直流電動機常用的起動方法有全壓起動和降壓起動。與三相異步電動機一樣，降壓起動即是在起動時降低加在電動機上的電壓，隨著轉(zhuǎn)速升高，逐步增加電壓到正常運轉(zhuǎn)。目前采用的方法主要是由晶閘管構(gòu)成的可控整流電路作為直流電動機的可調(diào)直流電源。

2.直流電動機的調(diào)速直流電動機的調(diào)速有以下三種方法：即改變電源電壓調(diào)速；減小主磁通調(diào)速；在電樞回路串電阻調(diào)速。串電阻調(diào)速方法目前已基本不用。

3.并勵(他勵)電動機的特性及應(yīng)用

直流電動機的轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T(可近似看作輸出轉(zhuǎn)矩)之間的關(guān)系稱為機械特性。并勵(他勵)電動機的轉(zhuǎn)速基本上不隨電動機拖動的負載轉(zhuǎn)矩變化而變化，其機械特性曲線如圖4-9所示。這一特性與三相異步電動機基本相同，但并勵電動機調(diào)速比較方便，因此以前被較多地使用在須大范圍內(nèi)調(diào)速的生產(chǎn)機械中，如龍門刨床、大型機床和冶金機械等方面。隨著交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，并勵電動機已逐步讓位于三相異步電動機，工業(yè)化國的做法是，除非有特殊情況，一般很少使用并勵電動機。4.串勵電動機的特性及應(yīng)用串勵電動機的轉(zhuǎn)速n隨電動機拖動的負載轉(zhuǎn)矩的增加而迅速下降，其機械特性曲線近似于雙曲線，如圖4-10所示?？梢姰?dāng)電動機轉(zhuǎn)速低時，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩很大，因此特別適用于起重設(shè)備、城市電車及電傳動機車。但目前已基本被變頻調(diào)速交流電動機取代。5.永磁電機的應(yīng)用永磁電機由于其磁場由永久磁鐵產(chǎn)生，從節(jié)約能源的角度看是一種極具發(fā)展前途的電機，不僅在直流電機中采用，在小功率交流發(fā)電機及同步電動機中也獲得廣泛應(yīng)用。永磁技術(shù)與超導(dǎo)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、直線電機一樣，被列入20世紀下半葉電工新技術(shù)的發(fā)展行列。三、直流電動機的應(yīng)用6.直流電動機使用時的注意事項串勵電動機在空載或輕載時轉(zhuǎn)速很高，對電機本身及操作人員都不安全，因此串勵電動機絕對不允許空載啟動，