直流電動(dòng)機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)

1、直流電動(dòng)機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)               圖1 直流電動(dòng)機(jī)模型    圖1是一個(gè)最簡單的直流電動(dòng)機(jī)模型。在一對(duì)靜止的磁極N和S之間，裝設(shè)一個(gè)可以繞Z-Z'軸而轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形鐵芯，在它上面裝有矩形的線圈abcd。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分通常叫做電樞。線圈的兩端a和d分別接到叫做換向片的兩個(gè)半圓形銅環(huán)1和2上。換向片1和2之間是彼此絕緣的，它們和電樞裝在同一根軸上，可隨電樞一起轉(zhuǎn)動(dòng)。A和B是兩個(gè)固定不動(dòng)的碳質(zhì)

2、電刷，它們和換向片之間是滑動(dòng)接觸的。來自直流電源的電流就是通過電刷和換向片流到電樞的線圈里。          圖2 換向器在直流電機(jī)中的作用    當(dāng)電刷A和B分別與直流電源的正極和負(fù)極接通時(shí)，電流從電刷A流入，而從電刷B流出。這時(shí)線圈中的電流方向是從a流向b，再從c流向d。我們知道，載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力，其方向由左手定則來決定。當(dāng)電樞在圖7-5（a）所示的位置時(shí)，線圈ab邊的電流從a流向b，用表示，cd邊的電流從c流向d，用表示。根據(jù)左手定則可以判斷出，ab邊受力的方向是從

3、右向左，而cd邊受力的方向是從左向右。這樣，在電樞上就產(chǎn)生了反時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，因此電樞就將沿著反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。    當(dāng)電樞轉(zhuǎn)到使線圈的ab邊從N極下面進(jìn)入S極，而cd邊從S極下面進(jìn)入N極時(shí)，與線圈a端聯(lián)接的換向片1跟電刷B接觸，而與線圈d端聯(lián)接的換向片2跟電刷A接觸，如圖2（b）所示。這樣，線圈內(nèi)的電流方向變?yōu)閺膁流向c，再從b流向a，從而保持在N極下面的導(dǎo)體中的電流方向不變。因此轉(zhuǎn)矩的方向也不改變，電樞仍然按照原來的反時(shí)針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可以看出，換向片和電刷在直流電機(jī)中起著改換電樞線圈中電流方向的作用。    圖1所示的直

4、流電動(dòng)機(jī)，只有一匝線圈，它所受到的電磁力是很小的，而且有較大的脈動(dòng)。如果由直流電源流入線圈的電流大小不變，磁極磁密在垂直于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的空間按正弦規(guī)律分布，電樞為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此電機(jī)有電流和磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化的波形，如圖3所示。由圖可以看出，轉(zhuǎn)矩是變化的，除了平均轉(zhuǎn)矩外，還包含著交變轉(zhuǎn)矩。為了克服這些缺點(diǎn)，實(shí)際的電動(dòng)機(jī)都是由很多匝線圈組成，并且按照一定的聯(lián)接方法分布在整個(gè)電樞表面上，通常稱為電樞繞組。隨著線圈數(shù)目的增加，換向片的數(shù)目也相應(yīng)地增多，由許多換向片組合起來的整體叫做換向器。         

5、60;     圖3 平均電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生    由上可知，直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，首先需要建立一個(gè)磁場，它可以由永久磁鐵或由直流勵(lì)磁的勵(lì)磁繞組來產(chǎn)生。由永久磁鐵構(gòu)成磁場的電動(dòng)機(jī)叫永磁直流電動(dòng)機(jī)。對(duì)由勵(lì)磁繞組來產(chǎn)生磁場的直流電動(dòng)機(jī)，根據(jù)勵(lì)磁繞組和電樞繞組的聯(lián)接方式的不同，分為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)是電樞與勵(lì)磁繞組分別用不同的電源供電，如圖4（a）所示，永磁直流電動(dòng)機(jī)也屬于這一類。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)是指由同一電源供電給并聯(lián)著的電樞和勵(lì)磁繞組，如圖4（b）所示。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組相串聯(lián)，

6、串勵(lì)繞組中通過的電流和電樞繞組的電流大小相等，如圖4（c）所示。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)是既有并勵(lì)繞組又有串勵(lì)繞組，并勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組的磁勢(shì)可以相加，也可以相減，前者稱為積復(fù)勵(lì)，后者稱為差復(fù)勵(lì)，如圖4（d）所示。       圖4 直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁分類接線圖（a）他勵(lì) （b）并勵(lì) （c）串勵(lì) （d）復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)    近幾十年來，隨著永磁材料的發(fā)展，尤其是稀土永磁的相繼問世，其磁性能有了很大提高。與電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁電機(jī)，特別是稀土永磁電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；體積小，重量輕；損耗小，效率高；電機(jī)的

7、形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。本節(jié)主要敘述串勵(lì)式雙轉(zhuǎn)直流電動(dòng)機(jī)。     1-前支承 2磁系統(tǒng)線圈 3后支承 4電樞 5軸承          圖5 電動(dòng)機(jī)原理結(jié)構(gòu)1-轉(zhuǎn)子軸承 2滑環(huán) 3換向器電刷 4磁系統(tǒng) 5電樞 6磁系統(tǒng)軸承 7外軸8內(nèi)軸 9磁繞組 10殼體 11換向器 12滑環(huán)電刷           圖6 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖   

8、;  圖5所示。電動(dòng)機(jī)裝在支承座或殼體內(nèi)，電動(dòng)機(jī)在其上轉(zhuǎn)動(dòng)。而電動(dòng)機(jī)通過支承座（或殼體）固定.    電動(dòng)機(jī)本體由磁系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子（電樞）、換向器、電刷等組成。圖4是有外殼的串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)剖面簡圖。    磁系統(tǒng)是用以產(chǎn)生磁場的，當(dāng)電樞的磁通在此磁場內(nèi)相互作用時(shí)，產(chǎn)生作用力矩及反作用力矩，使電樞和磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且二者轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。磁系統(tǒng)由鐵心和激磁繞組組成。磁系統(tǒng)有主磁極和輔助磁極兩部分。主磁極的作用是產(chǎn)生磁場，磁極的磁通即由繞在其上的繞組線圈所產(chǎn)生。輔助磁極的功用是產(chǎn)生補(bǔ)充磁通，以改善換向性能。因?yàn)楫?dāng)電樞繞組中的線圈電

9、流在換向時(shí)，與線圈相聯(lián)的換向片同電刷之間會(huì)產(chǎn)生火花。為了減少火花，改善換向性能，通常在兩主極之間均裝有一輔助磁極，也可稱換向磁極。    電樞也是用來產(chǎn)生磁通的，它由電樞鐵心和繞組線圈組成。電樞鐵心作為磁的通路及嵌放電樞繞組之用。當(dāng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時(shí)，鐵心中的磁通方向不斷變化，因而也會(huì)產(chǎn)生渦流及磁滯損耗，為了減少渦流損耗，電樞鐵心一般用0.5或0.35mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片迭壓而成。電樞繞組是由許多個(gè)完全相同的繞組元件按一定的規(guī)律聯(lián)接起來所組成。繞組元件一般就是一個(gè)線圈，它的兩個(gè)線端分別接到換向器的兩個(gè)換向片上，各元件是在換向片上相互聯(lián)接起來的。 換向器是電動(dòng)

10、機(jī)的整流部分，它是用來向旋轉(zhuǎn)電樞供電和向各段繞組分配電流的。電樞繞組內(nèi)流過的是交變電流，而外電路是直流電，換向器即是將電源提供的直流電轉(zhuǎn)換為電樞繞組中的交變電流，使電動(dòng)機(jī)工作時(shí)始終按一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。    電刷是用以將轉(zhuǎn)動(dòng)的磁系統(tǒng)和電樞與外線路過程回路系統(tǒng)。魚雷雙轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)有兩組電刷。一組與滑環(huán)接觸，滑環(huán)與磁系統(tǒng)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而電刷固定不動(dòng)。另一組電刷裝在磁系統(tǒng)上，與隨同電樞軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器接觸。                 圖7 電動(dòng)機(jī)的線路圖    圖5是電動(dòng)機(jī)的線路圖，由電源出來的電流所經(jīng)過