1、23-1 直流电机的工作原理、结构和额定值 一、直流电机的工作原理 1、直流发电机发电机的工作原理 图3.1直流发电机原理模型 1-磁极 2-电枢 3-换向器 4-电刷图 23-1 直流发电机的原理模型在图所示瞬间，感应电动势方向如图23-1所示，这时电刷A呈正极性，电刷B呈负极性。当线圈逆时针方向旋转180时，导体cd位于N极下，导体ab位于S极下，两导体中的电动势都改变了方向。由于换向片随着线圈一同旋转，本来与电刷B相接触的换向片，现在与电刷A接触；原来与电刷A相接触的换向片与电刷B接触，电刷A仍呈正极性，电刷B仍呈负极性。可以看出，与电刷A接触的导体永远位于N极下，与电刷B接触的导体永远
2、位于S极下。电刷A始终为正极性，电刷B始终为负极性，电刷两端能引出方向不变的电压。线圈abcd切割磁力线产生感应电动势。由右图可以看出：换向器使线圈内的交变感应电动势转变为电刷两端的直流电压，该直流电压有较大的脉动。在实际电机中，电枢上线圈数很多，并按照一定的规律连接起来，可使电压脉动较小以获得波形较好的直流电压。这就是直流发电机的工作原理。图3.2 气隙磁密、线圈内感应电动势 和电刷之间的电压图23-2 电势波形图 2、直流电动机电动机的工作原理 图23-3为直流电动机的原理模型。与上图不同的是：线圈没有原动机拖动，电刷A、B接至直流电源，线圈abcd中有电流流过，电流的方向如图所示。载流导
3、体受到的电磁力为：图23-3 直流电动机原理模型1-磁极 2-电枢 3-换向器 4-电刷Blif 导体受力的方向用左手定则确定。如图23-3所示瞬间，导体ab的受力方向是从右向左，导体cd的受力方向是从左向右，都产生逆时针方向的转矩，使电枢沿逆时针方向转动。当电枢转过180o后，导体cd在N极下，导体ab在S极下，直流电源供给的电流方向不变，但线圈内电流方向发生了变化，导体cd受力方向变为从右向左，导体ab受力方向变为从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，使线圈继续沿逆时针方向旋转。因此，由于换向器的作用，直流电流交替地由导体ab和cd流入，使处于N极下的线圈边中电流的方向总是由电刷A
4、流入，而处于S极下的线圈边中电流的方向总是从电刷B流出，从而产生方向不变的转矩，使电动机连续旋转，这就是直流电动机的工作原理。3、直流电机的可逆运行 从上述电磁现象可以看出，直流电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。如用原动机拖动直流电机的电枢旋转，机械能从电机轴上输入，电刷端输出直流电压，将机械能转换成电能；反之，如在电刷端加直流电压，将电能输入电机，从电机轴上输出机械能，拖动机械负载工作，将电能转换成机械能。同一台电机既能作发电机又能作电动机运行，称为电机的可逆运行。直流电机的结构形式多种多样，下图是一台小型直流电机的结构剖面图。图 23-4 直流电机的结构剖面图1换向器 2电刷
5、装置 3机座 4主磁极5换向极 6端盖 7风扇 8电枢绕组 9电枢铁心23-2 直流电机的基本结构直流电机的基本结构直流电机由静止的定子和转动的转子构成，定、转子之间有一间隙，称为气隙。直流电机的定子，主要由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。直流电机的转子，主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器和转轴等组成。主磁极主磁极在直流电机中，主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成，其作用是在气隙内产生气隙磁场。下图是主磁极的装配图。各主磁极上励磁绕组的连接必须使励磁电流产生的磁极呈N、S极交替排列。图23-5 直流电机的主磁极1主极铁心 2励磁绕组 换向极换向极功率在1kW以上的直流电机，通常要在相邻两主磁极之
6、间装设换向极，又称附加极或间极，其作用是改善换向。换向极也由铁心和绕组构成，如下图所示。铁心一般用整块钢或薄钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联。图23-6 直流电机的换向极机座机座机座有两方面的作用：一是导磁，二是作机械支撑。电刷装置电刷装置电刷装置是将直流电流引入或引出的装置，如图所示。电刷组的数目可以用电刷杆数 表示，电刷杆数与电机的主磁极数相等。图23-7电刷装置电枢铁心电枢铁心 电枢铁心有两方面作用：一是作为主磁路的一部分，二是用于嵌放电枢绕组。电枢绕组电枢绕组 电枢绕组由许多线圈按一定规律排列和连接而成，是产生感应电动势和电磁转矩以实现机电能量转换的关键部件。线圈用绝缘圆形线或扁
7、铜线绕制而成，也称为元件。电枢线圈嵌放在电枢铁心的槽中，每个元件有两个出线端。所有元件按一定规律连接，就构成电枢绕组。图23-8 直流电机的电枢 换向器换向器 换向器也是直流电机的重要部件。在直流发电机中，换向器将绕组内的交变电动势转换为电刷两端的直流电动势；在直流电动机中，换向器将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流。换向器安装在转轴上，如图所示，由许多换向片组成，换向片之间用云母进行绝缘，换向片数与元件数相等。图23-9 换向器直流电机运行时，若各物理量都与额定值相同，称为额定运行状态或额定工况。额定功率额定功率 （W或kW）指电机在额定状态时的输出功率。对于电动机，是指轴上输出的机械功率；对于发电机，是指线端输出的电功率额定电压额定电压 （V）指额定状态下电枢两端的电压 额定电流额定电流 （A）指电机在额定电压下输出额定功率时的电流 额定转速额定转速 （r/min）指电机在额定状态下的转速 额定励磁电压额定励磁电压 （V）(仅对他励电机)指额定状态下的励磁电压 PNUNINnNUfN
