电机与拖动技术大连理工大学和答案.pptx

主磁极主磁极换向磁极换向磁极电刷装置电刷装置机座机座端盖端盖定子定子转子转子电枢铁芯电枢铁芯电枢绕组电枢绕组换向器换向器转轴转轴轴承轴承1.1直流电机的结构与工作原理直流电机的结构与工作原理1.1.11.1.1直流电机的主要结构直流电机的主要结构图图1-2 1-2 直流电机的正剖面图直流电机的正剖面图1 1极靴极靴 2 2电枢齿电枢齿 3 3电枢槽电枢槽 4 4主磁极主磁极 5 5励磁绕组励磁绕组 6 6机座（磁轭）机座（磁轭）7 7换向极换向极 8 8换向极绕组换向极绕组 9 9电枢绕电枢绕组组 1010电枢铁芯电枢铁芯 1111底脚底脚图图1-3 1-3 换向极结构换向极结构1 1换向极铁芯换向极铁芯 2 2换向极绕组换向极绕组图图1-4 1-4 电刷盒装配电刷盒装配1 1刷盒刷盒 2 2电刷电刷 3 3铜丝辫铜丝辫 4 4压紧弹簧压紧弹簧图图1-5 1-5 电枢铁芯冲片电枢铁芯冲片图1-6 直流电机换向器图图1-6 1-6 直流电机换向器直流电机换向器1.1.2 直流电机的基本原理直流电机的基本原理1、直流发电机工作原理、直流发电机工作原理 右图为直流发电机的物理模型，右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，为定子磁极，abcd是固定在是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端电枢。线圈的首末端a、d连接到两连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。的电刷进行的。当原动机驱动电机转子逆时针当原动机驱动电机转子逆时针旋转旋转 后后 ，如右图。，如右图。可见，和电刷可见，和电刷A接触的导体总接触的导体总是位于是位于N极下，和电刷极下，和电刷B接触的导接触的导体总是位于体总是位于S极下。极下。导体导体ab在在S极下，极下，a点低电点低电位，位，b点高电位；导体点高电位；导体cd在在N极极下，下，c点低电位，点低电位，d点高电位；点高电位；电刷电刷A极性仍为正，电刷极性仍为正，电刷B极性极性仍为负。仍为负。可见，和电刷可见，和电刷A接触的导体总是位于接触的导体总是位于N极下，和电刷极下，和电刷B接触接触的导体总是位于的导体总是位于S极下，因此电刷极下，因此电刷A的极性总是正的，电刷的极性总是正的，电刷B的的极性总是负的，在电刷极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。两端可获得直流电动势。实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁芯表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，分布在电枢铁芯表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。极交替旋转多对。2、直流电动机工作原理、直流电动机工作原理 把电刷把电刷A、B接到直流电源上，接到直流电源上，电刷电刷A接正极，电刷接正极，电刷B接负极。此时接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。电枢线圈中将电流流过。如右图。直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。在磁场作用下，在磁场作用下，N极性下导体极性下导体ab受力方向从右向左，受力方向从右向左，S 极下导体极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。针方向旋转。原原N极性下导体极性下导体ab转到转到S极下，受力极下，受力方向从左向右，原方向从左向右，原S 极下导体极下导体cd转转到到N极下，受力方向从右向左。该极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。用下继续逆时针方向旋转。当电枢旋转到右图所示位置时当电枢旋转到右图所示位置时 同直流发电机相同，实际的同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。磁极也并非一对。返回返回电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为为电枢电枢。1.2直流电机的电枢绕组直流电机的电枢绕组 1.2.1基本知识基本知识 绕组元件绕组元件 称构成绕组的线圈为绕组元件，是用绝缘铜线绕制的。元件的开始端头称首端，终了端头称末端。嵌放在电枢铁芯槽中的直线部分称有效边，连接两个有效边的部分称为端接部分。一个元件可以是单匝或多匝。直流电机电枢绕组是双层的，即每个槽分上下两层嵌放元件有效边。每个元件的一个边嵌放在一个槽子的上层，另一个边嵌放在另一个槽子的下层 线圈数、槽数、换向片数的关系：线圈数、槽数、换向片数的关系：元件数等于换向片数等于槽数，即 S=K=Z式中 S 元件数；K换向片数；Z电枢实际槽数。叠绕组和波绕组叠绕组和波绕组 叠绕组是指相串联的后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面，整个绕组成褶叠式前进；波绕组是指相串联的两个元件像波浪式的前进如图所示 电枢绕组和节距电枢绕组和节距1 13 32 2y1y2yyk单叠绕组单叠绕组1 13 32 2y1y2yyk7 7单波绕组单波绕组1.2.2电枢绕组的节距电枢绕组的节距1极距极距 极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离 2 第第一一节节距距y1 第第一一节节距距是是指指一一个个线线圈圈两两有有效效边边之之间间在在电电枢枢表表面面上上的的跨跨距距，以以槽槽数数表表示示，如如图图110所所示示。由由于于线线圈圈边边要要放放入入槽槽内内，所所以以应应是是整整数数。而而为为了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距。了让组能感应出最大的电动势，应使接近或等于极距。为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。为了节省铜线及其工艺的方便，一般采用短距或整距绕组。3第第二二节节距距y2 它它是是指指相相串串联联的的两两个个相相邻邻线线圈圈中中，第第一一个个线线圈圈的的下下层层边边与与相相邻的第二个线圈的上层边之间的距离，用槽数表示。邻的第二个线圈的上层边之间的距离，用槽数表示。4换换向向片片节节距距yk 线线圈圈的的两两端端所所连连接接的的换换向向片片之之间间距距离离，用用该该线线圈圈跨跨过过的的换换向向片数来表示。片数来表示。5合合成成节节距距y 它它是是指指相相串串联联的的两两个个相相邻邻线线圈圈对对应应的的有有效效边边之之间间的的距距离离，用用槽槽数表示。数表示。单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。绘制展开图的步骤是：绘制展开图的步骤是：第一步：计算绕组的各节距。包括、第一步：计算绕组的各节距。包括、y、y1。第第二二步步：画画槽槽、画画元元件件，按按顺顺序序编编号号。每每槽槽用用两两条条短短线线表表示示，实实线线表表示示上上层层，虚虚线线表表示示下下层层。注注意意：实实线线上上的的标标号号既既表表示示槽槽号号又又表表示示元元件件号号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。同时还表示该元件的上层边所在的位置。第第三三步步：画画换换向向片片，按按顺顺序序编编号号。用用小小方方块块代代表表各各换换向向片片，换换向向片片与与电电枢枢同同周周长长，换换向向片片的的编编号号也也是是按按顺顺序序从从左左向向右右并并以以第第一一元元件件上上层层边边所所连连接的换向片作为第一换向片号。接的换向片作为第一换向片号。第四步：排列、连接绕组。根据各节距按规律排列连接。第四步：排列、连接绕组。根据各节距按规律排列连接。第第五五步步：放放置置主主磁磁极极。主主磁磁极极应应N、S极极交交替替地地、均均匀匀地地放放置置在在各各槽槽之之上上，每个磁极的宽度约为每个磁极的宽度约为0.7倍的极距。倍的极距。第第六六步步：安安放放电电刷刷。在在展展开开图图中中，直直流流电电机机的的电电刷刷置置于于磁磁极极中中心心线线下下，电电刷刷大大小小与与换换向向片片相相同同，电电刷刷数数与与主主磁磁极极数数相相同同。在在实实际际生生产产过过程程中中，直流电机电刷的位置是通过实验方法确定的。直流电机电刷的位置是通过实验方法确定的。1.2.3单叠绕组单叠绕组例例 已已知知一一台台直直流流电电机机，2p=2，S=K=Z=8，画画出出单单叠叠绕绕组展开图。组展开图。解：计算绕组的各节距：解：计算绕组的各节距：极距：极距：第一节距第一节距：合成节距合成节距：y=yk=1 按照上述步骤绘制单叠绕组的展开图，如图所示。按照上述步骤绘制单叠绕组的展开图，如图所示。单叠绕组的并联支路图单叠绕组的并联支路图画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成了绕组的并联支路图。并联支路图，就是绕组了绕组的并联支路图。并联支路图，就是绕组的电路简图的电路简图 单叠绕组的特点单叠绕组的特点（1）y=yk=1（2）2a=2p（3）同同一一个个主主磁磁极极下下的的元元件件串串联联在在一一起起组组成成一一个个支支路路，有几个主磁极就有几条支路；有几个主磁极就有几条支路；（4）电电刷刷数数等等于于主主磁磁极极数数，电电刷刷位位置置应应使使支支路路感感应应电电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势；动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势；（5）电枢电流等于各并联支路电流之和）电枢电流等于各并联支路电流之和1.2.4单波绕组单波绕组单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下单波绕组直接相连的两个线圈的对应边不是在同一个主磁极下面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性磁极下面，合成面，而是分别处于相邻两对主磁极中的同极性磁极下面，合成节距约等于两个极距节距约等于两个极距 2p=4，Z=15单波短距绕组的展开图单波短距绕组的展开图单波绕组并联支路图单波绕组并联支路图单波绕组对应的瞬间并联支路图如图所示。由图单波绕组对应的瞬间并联支路图如图所示。由图可知，单波绕组只有一对并联支路，支路对数与可知，单波绕组只有一对并联支路，支路对数与磁极对数无关，即磁极对数无关，即a=1。单波绕组的特点单波绕组的特点 （1）（2）a=1；（3）电枢电动势等于支路感应电动势；）电枢电动势等于支路感应电动势；（4）正负电刷间电动势最大。）正负电刷间电动势最大。返回返回1.3直流电机的铭牌数据及主要系列直流电机的铭牌数据及主要系列1.3.1直流电机的铭牌数据直流电机的铭牌数据铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、额铭牌数据主要包括：电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工定电流、额定转速和励磁电流、励磁方式、励磁电压、工作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂作方式、绝缘等级等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日期等。编号、出厂日期等。1直流电机的型号直流电机的型号其其格格式式为为：第第一一个个字字符符用用大大写写的的汉汉语语拼拼音音表表示示产产品品系系列列代代号号，第第二二个个字字符符用用阿阿拉拉伯伯数数字字表表示示设设计计序序号号，第第三三个个阿阿拉拉伯伯数数字字是是机机座座中中心心高高，第第四四个个阿阿拉拉伯伯数数字字表表示示电电枢枢铁铁芯芯长长度度代代号号，第第五五个个阿阿拉拉伯数字表示端盖的代号。伯数字表示端盖的代号。例例如如型型号号是是Z420021的的直直流流电电机机，Z是是系系列列（即即一一般般用用途途直直流流电电动动机机）代代号号，200是是电电机机中中心心高高（mm），21中中的的2是是电电枢枢铁铁芯芯长度代号，长度代号，1是端盖的代号。是端盖的代号。2直流电机的额定值直流电机的额定值（1）额额定定功功率率 对对于于发发电电机机来来说说，是是指指正正负负电电刷刷之之间间输输出出的的电电功功率率；对对于于电电动机，则是指轴上输出的机械功率。动机，则是指轴上输出的机械功率。（2）额额定定电电压压 指指额额定定运运行行状状况况下下，直直流流发发电电机机的的输输出出电电压压或或直直流流电电动动机机的输入电压，单位为的输入电压，单位为V。（3）额定电流）额定电流 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A。直流发电机额定电流为直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为直流电动机额定电流为 （4）额定效率）额定效率 式中式中PN是额定输出功率；是额定输出功率；P1是输入功率。是输入功率。（5）额额定定转转速速nN 在在额额定定功功率率、额额定定电电压压、额额定定电电流流时时电电机机的的转转速速，单单位位为为r/min。（6）额定励磁电压）额定励磁电压 Uf 在额定情况下，励磁绕组所加的电压，单位为在额定情况下，励磁绕组所加的电压，单位为V。（7）额定励磁电流）额定励磁电流If 在额定情况下，通过励磁绕组的电流，单位为在额定情况下，通过励磁绕组的电流，单位为A。直流电机出线端标志直流电机出线端标志绕组名称绕组名称出线端标志出线端标志新国家标准新国家标准旧国家标准旧国家标准电枢绕组电枢绕组换向极绕组换向极绕组补偿绕组补偿绕组串励绕组串励绕组并励绕组并励绕组他励绕组他励绕组A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2 E1 E2 F1 F2 S1 S2 H1 H2 BC1 BC2 C1 C2 B1 B2 T1 T2注：下标注：下标1是首端，为正极；下标是首端，为正极；下标2是末端，为负极。是末端，为负极。1.3.2直流电机的主要系列直流电机的主要系列搞系列化的目的是为了产品的标准化和通用化。我国电机的主要系列有：（1）Z2系列。一般用途的中小型直流电机。（2）Z和ZF系列。一般用途的中大型直流电机，其中“Z”为直流电动机系列，“ZF”为直流发电机系列。（3）ZT系列。用于恒功率且调速范围较宽的宽调速直流发电机。（4）ZZJ系列。冶金辅助拖动机械用的冶金起重直流电动机，它具有快速起动和承受较大过载能力的特性。（5）ZQ系列。电力机车、工矿电机车和蓄电池供电的电车用的直流牵引电动机。（6）ZH系列。船舶上各种辅机船用的直流电动机。（7）ZA系列。用于矿井和易爆气体场合的防安爆全型直流电机。（8）ZU系列。用于龙门刨床的直流电动机。（9）ZW系列。是无槽直流电动机，在快速响应的伺服系统中作执行元件。（10）ZLJ系列。是力矩直流电动机，在伺服系统中做执行元件。（11）BFG系列。是直流三换向片永磁电动机，用于盒式录音机、电动玩具等。返回返回