文档介绍：教材:
自动控制元件(电磁类)刘向群
北京航空航天大学出版社2001 年8月
参考书
(第三版)
陈隆昌高等学校电子信息类规划教材
西安电子科技大学出版社2008 年7月
(第四版)
作者:梅晓榕柏桂珍张卯瑞
出版社:科学出出版社
作者: 葛伟亮
出版社: 北京理工大学出版社
作者:刘陵顺
北京航空航天大学出版社2009 年6月
第三章直流电机的一般问题
§3-1 直流电机的基本工作原理
一、直流发电机工作原理
图3-1为直流发电机的原理模型,在空间有两个静止的磁极N、S,即为一对极( p =1 ),abcd是固定在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电枢。线圈的首末端a、d连接到两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接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。
当原动机驱动电机转子逆时针旋转时,导体切割磁力线,根据电磁
感应定律导体内产生感应电动势,大小为e =Bxlv 电动势的方向用右手定则确定,伸开右手使大拇指与四指呈90°,当磁力线指向手心,大拇指指向导体运动方向,则四指的指向为导体中感应电动势方向。如图3-1(a)中箭头所示。导体ab在N极下,a点高电位,b点低电位;导体cd在S极下,c点高电位,d点低电位;电刷A极性为正,电刷B极性为负。
直流发电机(dc generators)是将机械能转变成电能的旋转机械。
当原动机驱动电机转子逆时针旋转180度后,导体ab在S极下,a点低电位,b点高电位;导体cd在N极下,c点低电位,d点高电位;电刷A极性仍为正,电刷B极性仍为负。线圈感应电动势的波形如图3-2(a)所示。
与电刷A接触的导体总是位于N极下,与电刷B接触的导体总是位于S极下,电刷A的极性总是正的,电刷B的极性总是负的,在电刷A、B两端可获得直流电动势。电刷两端感应电动势的波形如图3-2(b)所示。
不难看出,线圈中的电动势是交流电动势,而通过换向器的作用,使电刷间的电动势为直流电动势。
换向器和电刷的共同作用
在直流发电机中,换向器和电刷的共同作用:
①将线圈中的交流电动势整流成刷间的直流电动势;
②把转动的电路与外面不转的电路联接。
从刷间电动势波形看,电动势脉动很大,为了减小电动势的脉动程度,实际电机采用很多元件组成电枢线圈,均匀分布在电枢表面,并按一定规律联接,刷间串联元件数增多,脉动减小,就得到所需的直流电。
二、直流电动机工作原理
把电刷A、B接到直流电源上,电刷A接正极,电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过,见图3-1(b)。根据电磁力定律,载流导体在磁场中要受力,大小为:f = BxlI ,方向由左手定则确定。
直流电动机(dc motor))是将电能转变成机械能的旋转机械。
在磁场作用下,N极性下导体ab受力方向从右向左,S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时,电机转子逆时针方向旋转。
当电机转子逆时针旋转180度后,原N极性下导体ab转到S极下,受力方向从左向右,原S 极下导体cd转到N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。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。
因此,电枢一经转动,由于换向器配合电刷对电流的换向作用,直流电流交替地由导体 ab和cd 流入,使线圈边只要处于N 极下,其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向,而在S 极下时,总是从电刷B 流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向,从而形成一种方向不变的转矩,使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。
换向器和电刷的共同作用
在直流电动机中,换向器和电刷的共同作用:
①将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电;
②把外面不转的电路与转动的电路联接。
直流电机的可逆原理
可逆原理:直流电机在一定的条件下,可作为发电机运行,把机械能转变为电能供给直流负载;而在另外的条件下又可作为电动机运行,把电能转换为机械能拖动机械负载。无论是工作在那种状态产生的电磁力和感应的电动势都是同时存在的。
任何直流电机都是可逆的,但这并不是说是厂商提供的直流机可以不分发电机和电动机了。因为电机是有额定工作状态的,这也是制造厂家为该电机设计的最佳工作状态,若混用,会不同程度的偏离最佳工作状态,是电机的性能变坏。
1换向器 2 电刷装置 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
图3-4 直流电机结构简图
§3-2直流电机的结构及励磁方式
一. 直流电机的主要结构
基本结构:直流电机主要由定子(固定部分)和转子(转动部分)两大部分组成。