样章 直流电动机.

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1、项目五 直流电动机的结构与运行在生产实践中，直流电动机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和良好的过载能力等优点，因此在起动和调速要求较高的生产机械中，仍然得到广泛的应用。如何控制一台或多台直流电动机，使之正常工作，完成控制要求，是非常有必要的。【项目教学目标】 知识目标 技能目标l 掌握直流电动机分类及工作原理。l 掌握他励直流电动机的起动与正反转工作原理、注意事项及其实现方法。l 掌握他励直流电动机的制动与调速工作原理、注意事项及其实现方法。l 掌握他励直流电动机工作的机械特性曲线原理及含义。l 掌握串励直流电动机的工作方式、注意事项极其实现步骤。l 能正确识别和选用直流电动机。l 能理解直

2、流电动机降压起动、制动与调速的原理及种类，正确识读直流电动机降压起动控制电路与能耗制动控制电路，能绘制相应的电气原理图。l 能根据他励直流电动机电枢串电阻降压起动及能耗制动的电路原理图，按工艺要求完成电路的安装接线与调试；l 能对所接电路进行检查，根据检查结果判断电路的性能；l 会排除简单的电气故障，根据直流电动机工作异常现象进行简单修理。 任务1并励直流电机的结构与运行任务目标 掌握直流电机的分类及工作原理。 理解并熟悉他励直流电动机的起动与正反转工作原理图 能识读并分析他励直流电机的机械特性曲线。 能进行接线图的识读和绘制。 能根据工艺要求进行布线的操作。 能使用万用表对元器件进行检测。

3、能使用万用表对电路进行通电前的检查。 能正确安装并调试电路任务描述有一辆电动汽车的直流牵引电动机（额定功率为180W，额定电压220V，额定电流1.2A，额定转速 1600r/min），请对它进行起动及正反转控制，并安装与调试。控制要求:采用按钮控制的形式实现起动及正反转运行过程，有转速显示和运行指示灯。相关知识 图5-1 电动汽车一、直流电动机的结构、原理及选用1、直流电机概述 直流电机的运行时可逆的，即一台直流电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。当它作为发电机运行时，外加转矩拖动电机转子旋转，电机产生感应电动势，若这时接通负载，则可以为负载提供电源，实现机械能转化为电能。当它作

4、为电动机运行时，通电线圈因为在磁场中会感应出电磁力，产生电磁转矩拖动负载运行，这时将电能转换为机械能。因此，直流电机按运行方式进行划分，可以分为直流发电机和直流电动机。在此，我们主要研究和使用直流电动机的工作原理及过程。2、直流电机的结构直流发电机与直流电动机的结构是一样的，都有旋转部分和静止部分。我们将可以旋转的部分称之为转子，而静止部分称之为定子。图5-2为Z2系列直流电动机的结构图。主要组成如下：图5-2 直流电动机的结构1风扇;2机座;3电枢(铁芯和绕组);4主磁极铁芯;5电刷装置;6换向器;7接线板;8接线盒;9换向极;10端盖;11转轴(1)定子静止不动的部分称为定子，包括机座、前

5、后端盖、主磁极、换向磁极及电刷等装置。1)机座机座一方面用来固定主磁极、换向磁极与端盖等部件，起机械支撑的作用；另一方面它还是电机主磁路的一部分，叫定子磁轭，起导磁作用，机座一般用导磁性能好的铸钢与厚钢片制成。2)主磁极主磁极简称主极，用来产生气隙磁场并在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁通密度。永磁电动机的主磁极直接由不同极性的永久磁体组成。励磁电动机的主磁极绕组中通入直流电流，即可产生主磁场，主磁场以主磁极铁芯作为磁路。为减小涡流损耗及磁滞损耗，主磁极铁芯一般采用1.01.5mm厚的低碳钢板冲成一定形状，用叠压或铆钉铆在一起，上面套上事先绕制好的励磁线圈，整个磁极用螺钉固定在机

6、座内表面上，如图5-3所示。3)换向磁极换向磁极用来产生换向磁场以改善直流电机的换向功能，一般电机容量若超过1KW，应当考虑安装换向磁极。换向磁极是由换向极铁芯和套在铁芯上的换向绕组构成。如图5-4所示。大容量直流电机换向极铁芯由薄钢板叠成，中小容量直流电机换向极由整块钢构成，换向极铁芯比主磁极简单。换向磁极安装在相邻的两个主磁极之间，并总是和主磁极串联在一起。 图5-3 主磁极的结构 图5-4 换向磁极的结构4)电刷装置电刷装置的作用是使转动部分的电枢绕组与外电路接通，将直流电压、电流引出或引入电枢绕组。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等零件组成。电刷一般采用石墨和铜粉压制烧焙，它

7、放置在刷握中，由弹簧将其压在换向器的表面上，刷握固定在与刷杆座相连的刷杆上，每个刷杆装有若干个刷握和相同数目的电刷，并把这些电刷并联形成电刷组，电刷组个数一般与主磁极的个数相同。随着电力电子技术的不断发展，无刷直流电机开始产生，采用半导体开关器件（如霍尔元件）来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷，取代了以往的电刷装置。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。(2)转子转子通常被称为电枢，即电动机的转动部分，由电枢铁芯、电枢绕组、换向器及风扇等组成。1)电枢铁芯将多片0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠装就成为电枢铁芯。这样可减少电枢旋转时电枢铁芯中因磁通变化而

8、引起的磁滞及涡流损耗。它也是电机主次路的一部分，其外缘有齿和槽，槽内嵌放电枢绕组。2)电枢绕组电枢绕组在发电机中用来感应电动势，在电动机中则用于产生电磁转矩，它是电机实现机电能量转换的关键部件。它由许多形状、尺寸相同的线圈（又称元件）按一定规律连接而成，组成一个或多个闭合回路。每个线圈用绝缘铜线绕制成单匝或多匝，为便于下线，每个线圈的一条有效边嵌入电枢铁芯某槽的上层，另一有效边嵌入另一槽的下层。上下层导体间及导体与铁芯间应妥为绝缘。绕组端部用钢丝或玻璃丝带扎紧。每个元件的首端与末端分别连接到换向器的两片换向片上。3)换向器换向器也是直流电机的重要部分。在直流电动机中，换向器的作用是把电刷间的直

9、流电流转换为绕组内的交流电流；在直流发电机中，它将绕组内的交流电动势转换为电刷间得到直流电动势。由于电枢绕组由许多元件组成，而每个元件的两个引出端需分别连接两片换向片，所以换向器是由许多彼此互相绝缘的铜换向片所组成的。4)气隙气隙并非结构部件，它是定子的磁极和转子的电枢之间自然形成的缝隙。但是，气隙是主磁路的一部分，气隙中的磁场是电机进行机电能量转换的媒介。因此，气隙的大小对电机的运行性能有非常大的影响。小容量的直流电机的气隙大约是1-3mm，大容量电机的气隙可达几毫米。以上介绍了直流电机的主要部件，一些次要部件不再一一叙述。3、直流电动机的工作原理直流电机的运行是可逆的，即一台直流电机可作直

10、流发电机运行，也可作直流电动机运行，下面先分析直流电动机的运行原理。按励磁方式的不同，直流电动机可分为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机4类。一般情况下，额定励磁电压与电枢电压相等，他励和并励直流电动机无实质性区别。他励直流电动机的工作原理如图5-5所示。电流从电源正极流入电刷A，经导体ab到cd，从电刷B流出回到电源负极。由电磁力定律可知，导体ab、cd受力大小为，式中为导体中流过的电流。由左手定则可判定图中所示瞬间导体ab、cd受力方向相反，力乘以转子半径就是电磁转矩。若电磁转矩能够克服电枢上的负载转矩及阻转矩，电枢便逆时针方向旋转起来。当电枢转过180时，cd

11、转到N极下，ab转到S极下，电流仍从A流入，经导体dc、ba，由电枢B流出，两根导体上受到的力仍然相反，产生的电磁转矩方向不变。 图5-5 直流电动机的工作原理由此分析可见，直流电动机的工作原理为：直流电动机在外加直流电源的作用下，在可绕轴转动的导体中形成电流，载流导体在磁场中因受到电磁力的作用而旋转，由于换向器的作用，导体进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩方向不变，使直流电动机能连续运行。4、直流电动机的励磁方式直流电动机主磁场的获得有两种方法：用永久磁铁作为主磁极获得主磁场，或者利用主磁极绕组通入直流电流产生主磁场。在通过对励磁绕组加直流电流获得主磁场的方式中，