電機課件

學習情境三十：直流電機的基本工作原理與結構機電學院徐鵬1.1.1直流電機的工作原理一、直流發(fā)電機工作原理

直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?/p>

感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向。）圖1.1

直流發(fā)電機原理模型

在圖1.1所示瞬間，導體ab、cd的感應電動勢方向分別由b指向a和由d指向c。這時電刷A呈正極性,電刷B呈負極性。

當線圈逆時針方向旋轉180°時，這時導體cd位于N極下，導體ab位于S極下，各導體中電動勢都分別改變了方向。圖1.2

直流發(fā)電機原理模型

從圖看出，和電刷A接觸的導體永遠位于N極下，同樣，和電刷B接觸的導體永遠位于S極下。因此，電刷A始終有正極性，電刷B始終有負極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如果電樞上線圈數(shù)增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。

二、直流電動機的工作原理

導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。圖1.3直流電動機的原理模型

當電樞轉了180°后，導體cd轉到N極下，導體ab轉到S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經(jīng)導體cd、ab后，從電刷B流出。這時導體cd受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，導體ab受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。圖1.4

直流電動機原理模型

因此，電樞一經(jīng)轉動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體

ab和cd

流入，使線圈邊只要處于N

極下，其中通過電流的方向總是由電刷A

流入的方向，而在S

極下時，總是從電刷

B流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉矩，使電動機能連續(xù)地旋轉。這就是直流電動機的工作原理。1.1.2直流電機的主要結構

直流電機的工作原理僅僅揭示了如何利用基本電磁規(guī)律以實現(xiàn)機電能量轉換的道理，但是要將其付諸應用，直流電機必須具有能滿足電磁和機械兩方面要求的合理的結構型式。直流電機的結構型式是多種多樣的。

圖1.5小型直流電機的結構剖面圖

1—換向器；2—電刷裝置；3—機座；4—主磁極；

5—換向極；6—端蓋；7—風扇；8—電樞繞組；9—電樞鐵心一、定子部分

直流電機定子部分主要由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成。

圖1.6直流電機的主磁極

1—主極鐵心；2—勵磁繞組；3—機座；4—電樞二、轉子部分直流電機轉子部分主要由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等組成。

圖1.7直流電機的電樞1—轉軸；2—軸承；3—換向器；4—電樞鐵心；5—電樞繞組；6—風扇；7—軸承

1.1.3名牌數(shù)據(jù)及主要系列

每臺直流電機的機座外表面上都釘有一塊所謂銘牌，上面標注著一些叫做額定值的銘牌數(shù)據(jù)，它是正確選擇和合理使用電機的依據(jù)。

(1)額定功率

（2）額定電壓

（3）額定電流

（4）額定轉速

（5）勵磁方式和額定勵磁電流

有些物理量雖然不標在銘牌上，但它們也是額定值，例如在額定運行狀態(tài)的轉矩、效率分別稱為額定轉矩、額定效率等。

直流電機運行時，若各個物理量都與它的額定值一樣，就稱為額定運行狀態(tài)或額定工況。在額定狀態(tài)下，電機能可靠地工作，并具有良好的性能。但實際應用中，電機不總是運行在額定狀態(tài)。如果流過電機的電流小于額定電流，稱為欠載運行，長期欠載，電機沒有得到充分利用，效率降低，不經(jīng)濟。超過額定電流，稱為過載運行。長期過載有