直流电机的应用.ppt

1、项目1，直流电机的应用，任务1识别直流电机，任务2直流电机的调速，任务3直流电机的启动，逆转和制动，任务4直流电机的使用和维护，目录，1了解直流电机的特点、用途和分类，了解直流电机的基本工作原理。 2认识直流电机的外形和内部结构，熟悉各部件的作用。 3了解直流电机铭牌的型号和额定值的含义，掌握额定值的简单修正算法。 4进行直流电机的检测、接线、简单操作。 任务是识别直流电机，直流电机是实现直流能和机械能相互转换的机电，可以根据用途分为直流电机和直流发电机。 将机械能转换为直流能的电动机称为直流发电机，如图1-1所示将直流能转换为机械能的电动机称为直流电动机，如图1-2所示。 直流电机是工矿、交

2、通、建筑等行业常见的动力机械，是机电行业人员的重要工作对象之一。 作为一名电气控制技术人员，必须熟悉直流电机的结构、工作原理和性能特点，掌握主要残奥仪表的分析校正计算，正确操作和使用直流电机。 图1-1直流发电机、图1-2直流电动机、1 .直流电动机的特征直流电动机与交流电动机相比，具有优异的调速性能和起动性能。 直流电动机具有广泛的调速范围、流畅的无级调速特性，能够实现频繁的无级高速起动、制动和逆转的超负荷能力大，能够承受频繁的冲击负荷，满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。 直流发电机能够提供没有脉动的大功率直流电源，能够正确地调整控制输出电压。 但是，直流电机也有其显着缺点：一是制造工

3、艺复杂，消耗了大量有色金属，生产成本高；二是运行时电刷和换向器之间容易产生火花，可靠性差，维护困难。 因此，在对调速性能要求不高的领域，已经取代了交流变频调速系统。 但是，在要求调速范围宽、高速性高、精密度好、控制性能好的情况下，直流电动机的应用现在仍占有很大的比重。 2直流电动机的用途由于直流电动机具有良好的起动和调速性能，在起动和调速要求较高时，常用于例如大型可逆式轧机、矿山卷扬机、酒店高速电梯、龙门刨床、电力机车、内燃机车、城市电车、地铁列车、电动自行车、造纸和印刷机械、船舶机械等地铁列车、(b )城市电车、(c )电动自行车、(d )抄纸机、直流发电机主要作为直流电动机电源、化学工业所

4、需的低电压大电流的直流电源、直流焊机电源等各种直流电源使用，图1-4所示的(a )电解铝工厂、(b )电镀工厂、图1-4直流发电机的用途、二、直流电动机直流电机由静止的定子和旋转的转子的大部分组成，定子和转子之间有间隙，被称为气隙。 定子的作用是磁场的产生和电机的支撑，包括主磁极、换流磁极、机台、电刷装置、端盖等。 转子的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换，也被称为电枢。 主要包括电枢铁心、电枢绕组及整流子、旋转轴、风扇等。 直流电机的结构如图1-5所示。 前端盖2-风扇3-定子4-转子5-电刷及电刷保持器6-后端盖、图1-5的直流电动机的结构，1主磁极主磁极的作用产生主磁通，

5、如图1-6所示，由铁心和励磁绕组构成。 铁芯一般是由lmml.5mm的低碳钢片层叠而成，小型马达也使用铸钢磁极整体的马达。 主磁极上的励磁绕组是用绝缘铜线卷绕的集中绕组，与铁心绝缘，各主磁极上的线圈一般串联连接。主磁极始终成对，n极和s极交替排列。 2换流磁极的换流磁极的作用是产生用于改善电动机的换流性能的附加磁场。 通常，铁心由钢整体构成，换流磁极的绕组应与电枢绕组串联连接。 换流磁极如图1图7所示，安装在两个主磁极之间。 其极性作为发电机运行时，电枢导体必须与进入的主磁极的极性相同，作为电动机运行时，电枢导体必须与刚离开的主磁极极性相同。图1-6直流电机的主磁极、图1-7换流磁极的位置、3

6、机台固定主磁极、换流磁极和端盖等，另一方面，作为电机磁路的一部分，称为磁轭。 机台一般是用铸钢或钢板焊接制成的。 4在电刷装置直流电动机中，为了连接电枢线圈和外部电路，如图1-8所示，需要安装由电刷、电刷保持器和电刷杆保持器构成的固定电刷装置。 刷子是用石墨等制成的导电块，装入刷子座上，利用弹簧将手指按在整流子上。 刷握用螺丝固定在刷柄上，刷与刷柄用铜绞线连接，刷柄安装在刷柄上，相互绝缘，刷柄安装在端盖上。图1-8电刷和刷握、图1-9电枢铁心、5电枢铁心的电枢铁心的作用是将电枢绕组与磁通收纳。 电枢在磁场中旋转时，铁心会产生涡电流和磁滞损耗。 为了减少损失，提高效率，电枢铁心一般用硅钢板冲压。

7、 电枢铁芯如图1图9所示，具有轴向冷却通风孔。 在铁心的外周均匀分布有用于嵌入电枢绕组的槽。 6电枢绕组的电枢绕组的作用是感应电动势的产生和电流产生电磁转矩，实现机电能量转换。 绕组通常用漆包线缠绕，嵌入电枢铁心的槽中，按照一定的规则连接。 为了防止绕组因电枢旋转时产生的离心力而飞出，将绕组嵌入槽内后，用槽楔按压的线圈的突出槽外的终端部分用无纬玻璃带紧固。 7换向器的结构如图1-10所示。 鸽尾形的多个换流薄板重叠在一个圆筒上，薄板和薄板之间用云母薄板绝缘，用v形套筒和螺丝固定环紧固成一体。 各节段与绕组的各元件的引出线焊接，起到将从直流电动机输入的直流电流变换为电枢绕组内的交变电流，产生一定

8、方向的电磁转矩，使电动机连续运转的作用。图1-10弧形整流子、三、直流电机的工作原理、1直流发电机的工作原理、图1-11是由直流发电机的主磁极、电刷、电枢绕组和整流子等主要部件组成的工作原理图，定子上有两个磁极n和s，它们形成恒定磁场， 两磁极的中间是安装在转子上的电枢绕组即绕组元件abcd的两端a和d分别与两片相互绝缘的半圆形铜片(整流子)连接，通过电刷a、b与外电路连接。 原动机拿着电枢逆时针旋转时，线圈的2个有效边ab和cd切断磁场磁力线产生感应电动势，方向由右手决定，如图1-11a所示，s极为dc，n极为ba，刷子a为正极，刷子b为负极。 负载电流的方向为AB。 当线圈旋转90度时，两

9、个线圈的有效边位于磁场物理中性面上，导体的运动方向与磁力线平行，不切割磁力线，因此感应电动势为零，如图1-11b所示。 两个电刷同时接触两铜片，将线圈短路，但是线圈没有电动势和电流。 线圈旋转180圈时，如图1-11c所示，此时线圈边的电动势方向发生变化，在s极为ab，在n极为cd。 此时，由于刷a和刷b接触的铜片被更换，因此刷a保持正极，刷b保持负极，输出电流I的方向不变。 灯b )灯c )灯d )灯不点亮，图1-11直流发电机的工作原理图，线圈每转动一对磁极，其两个有效边中的电动势方向都改变，但两个电刷之间的电动势方向不变，电动势的大小在零和最大值之间变化。显然，电动势方向没有改变，但是大

10、小的变动很大，这样的电动势没有实用价值。 为了减小电动势的变动程度，实用的电动机在电枢周面安装了很多相互串联的线圈和与其对应的铜板。 由此，逆合成电动势的变动程度显着减少。 实际的发电机由于线圈数多，所以电动势变动小，可以认为是一定的直流电动势。 从以上分析可以得出直流发电机的工作原理：当原动机使直流发电机的电枢旋转时，在电枢绕组中产生方向交变的感应电动势，通过电刷和整流子的作用，在电刷的两端输出方向不变的直流电动势。 2直流电动机的工作原理直流电动机在机械结构上与直流发电机完全相同，图1-12是直流电动机的工作原理图。 假定电枢不用外力驱动，将电刷a、b与直流电源连接，从电刷a向线圈流过电流

11、，沿着abcd方向从电刷b流过电流。 通电线圈在磁场中受到电磁力的作用，其方向由左手定律决定，ab受到向上的力，cd受到向下的力形成电磁力矩，结果使电子逆时针旋转。 电枢旋转90圈后，如图1-12b所示，线圈没有电流和转矩，但由于惯性继续旋转。 当电枢旋转180圈时，如图1-12c所示，电流还是从电刷a流向线圈，沿着dcba方向从电刷b流向线圈。 与图1-12a相比，通过线圈的电流方向发生了变化，但两个线圈受到电磁力的方向没有变化，即电动机只向一个方向旋转。 为了改变其转向，必须改变电源的极性，从电刷b流出电流，从电刷a流出电流。 a )受到电磁力，逆时针旋转b )不受到电磁力，惯性旋转c )

12、不受到电磁力，逆时针旋转d )不受到电磁力，惯性旋转图1-12的直流电动机的动作原理是，直流电动机接通直流电源时，由于刷子和整流子的作用， 比较了直流电动机电枢绕组中流动的3直流电动机的可逆原理直流电动机和直流发电机的结构和工作原理，可知1台直流电动机可以作为发电机也可以作为电动机运转，但只是其输入输出的条件不同。 向电刷的两端施加直流电源，向电枢输入电能，从马达轴输出机械能，生产机械工作，此时直流马达将电能转换为机械能，在马达的状态下工作。 用原动机旋转驱动直流电机的电枢，从电机轴输入机械能的话，从刷子的两端引出直流电动势，可输出直流能量，这时直流电机将机械能转换成直流能量，在发电机状态下工

13、作。 同一电动机是发电机的运转和电动机的运转都可以的原理，被称为电动机的可逆原理。 1台电机的实际动作状态因外部条件而异。 实际的直流电动机和直流发电机是考虑到工作特征的差异而设定的，因此是不同的。 例如直流发电机的额定电压比直流电动机稍高，补偿线路的电压降，便于两者组合使用。 直流发电机的额定转速比直流电动机稍低，便于选择原动机。 四、直流电动机的励磁方式直流电动机的励磁方式是指电动机励磁电流的供给方式，根据励磁支路和电枢支路的相互关系，有他励、自激(残奥电平、直励和复励)、永磁方式。 1他励方式他励方式中，电枢绕组和励磁绕组电路相互独立，电枢电压和励磁电压相互无关。 接线图如图1-13所示

14、。 在图1-13他励电机、2并联励磁方式并联励磁方式中，电枢线圈和励磁线圈处于并联关系，由同一电源供电，接线图如图1-14所示。 在图1-14残奥直线电机、图1-15残奥直线电机、3残奥直线模式残奥直线模式下，电枢线圈和励磁线圈处于串联关系，接线图如图1-15所示。4双励磁方式的双励磁电动机的主磁极有2个励磁线圈，一个与电枢线圈并联连接，另一个与电枢线圈串联连接。 2个励磁线圈产生的磁通的方向相同时，称为积复励磁，相反称为差复励磁。 接线图如图1-16所示。图1-16双激励电机、五、直流电机铭牌数据和系列1直流电机铭牌数据电机厂家根据国家标准，对电机的设定修订和试验数据，规定了电机的正常运行状

15、态和条件，通常称为额定运行。 表示电机额定运行状况的各种数据称为额定值，显示在电机铝制铭牌上，是正确合理使用电机的依据。 直流电机的主要额定值如表1-1所示。 表1-1直流电机铭牌、(1)额定容量(额定功率) PN(kW )额定容量是指电机的输出功率。 对于发电机来说，是输出的电力。对于电机来说，是输出到旋转轴的机械功率。 (2)额定电压UN(V )和额定电流IN(A )注意这些与电机的电枢电压Ua和电枢电流Ia不同，发电机的UN、IN是输出值，电机的UN、IN是输入值。 (3)额定转速nN(r/min )额定转速是指额定功率、额定电压、额定电流时的电机转速。 电机实际使用时是否为额定运行，取

16、决于负载的大小。 电机不允许超过额定值运转。 这是因为缩短了马达的寿命，损坏了马达。 但是，无法长期轻负荷运转马达，无法充分利用设备，运转效率低，因此应该根据负荷的大小合理选择马达。2直流电机系列，我国目前生产的直流电机主要有以下系列。 (1)Z2系列本系列为一般用途的小型直流电机系列。 “z”表示直流，“2”表示第二次改良设定修订。 系列容量为0.4kW200kW，电动机电压为1lOV、220V，发电机电压为1l5V、230V，为防护式。 (2)ZF和ZD系列这两个系列是一般用途的中型直流电机系列。 “f”表示发电机，“d”表示电动机。 系列容量为55kW145OkW。 (3)ZZJ系列本系

17、列为起重机冶金用直流电机系列。 的双曲馀弦值。 电压有220V、440V两种。 工作方式有连续、短时间、断续3种。 ZZJ系列电机启动快，过载能力大。 此外，还有ZQ直流牵引电机系列和容易爆炸时使用的ZA防爆安全型直流电机系列等。 常见的电机产品系列如表1-2所示。 表1-2常见的电机产品系列、6、直流电机的感应电动势和电磁转矩，无论是直流电机还是直流发电机，旋转时其电枢线圈都通过切断主磁极产生的磁力线来感应电动势。 同时，因为电流流过电枢线圈，电枢电流和主磁场发生作用，产生电磁转矩。 因此，直流电机的电枢绕组中同时存在感应电势和电磁转矩，它们对电机的运转起着重要的作用。 在直流发电机中感应电

18、动势主要起作用，在直流电动机中电磁转矩主要起作用。 对1个电枢线圈的感应电动势Ea电枢线圈电路进行分析，直流电机电枢线圈的感应电动势在Ea=Cen (1-1)式中，作为电机每极的磁通量的n是电机的转速Ce是关于电机结构的常数，称为电动势常数。 Ea的方向由n的方向和右手决定。 由式(1-1)可知，要改变Ea的大小，可以改变(由励磁电流If决定)或n的大小。 变更Ea的方向时，变更的方向或马达的旋转方向。 无论是直流电机还是直流发电机，在电枢线圈中都存在感应电动势，在发电机中，Ea和电枢电流Ia的方向相同，是电源电动势，另一方面，在电动机中，Ea和Ia的方向相反，是反电动势。 2直流电机的电磁转矩t也一样，得到的电磁转矩t在T=CTIa (1-2)式中，Ia是电枢电流CT也是与电机结构相关的常数，被称为转矩常数。 电磁转矩t的方向，磁通及电枢电流Ia