电机与电气控制

1. 电机与电气控制 主编 南京大学出版社

2. 模块一电机的使用与检修 • 项目1 直流电机的使用与检修 • 项目2 变压器的维护与检修 • 项目3 三相异步电动机的使用与检修 • 项目4 单相异步电动机的使用与检修 • 项目5 控制电机的应用

3. 项目1 直流电机的使用与检修 学习目标 熟悉直流电动机的基本结构、工作原理、铭牌数据及分类方法。 掌握直流电动机的工作特性和机械特性。 掌握直流电动机调速特性及调速方法。 掌握直流电动机起动、反转和制动的常用方法。 掌握直流电动机常见故障的检修方法。 任务描述 熟悉直流电动机基本结构和工作原理，了解其铭牌参数的意义；分析直流电动机的工作特性、机械特性及调速特性；熟悉直流电动机起动、反转和制动常用方法的特点；分析直流电动机可能出现的故障现象，并分析其故障产生的可能原因，提出故障处理的方法。

4. 一、直流电机的认知 知识链接 （一）直流电机的结构 图1-1 直流电机结构图 图1-2　直流电机径向剖面图 1—风扇　2—机座　3—电枢　4—主磁极 1—极靴　2—电枢齿　3—电枢槽　4—励磁绕组 5—刷架 6—换向器　7—接线板　8—出线盒 5—主磁极　6—磁轭　7—换向极　8—换向极绕组 9—换向磁极　10—端盖 9—电枢绕组　10—电枢铁心　11—底座

5. 1．定子部分 （一）直流电机的结构 定子的作用是产生磁场和作为电机机械支撑。定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置、端盖等组成。 （1）机座 作用：固定主磁极、换向极、端盖等。机座是电机磁路的一部分，用以通过磁通的部分称为磁轭。机座上的接线盒内有励磁绕组和电枢绕组的接线端，用来对外接线。 材料：铸钢或厚钢板焊接而成，具有良好的导磁性能和机械强度。 （2）主磁极 作用：产生工作磁场。 组成：主磁极包括铁心和励磁绕组两部分。主磁极铁芯柱体部分称为极身，靠近气隙一端较宽的部分称为极靴，极靴做成圆弧形，使空气隙中磁通均匀分布。极身上套有产生磁通的励磁绕组，各主磁极上的绕组一般都是串联的。改变励磁电流If的方向，就可改变主磁极极性，也就改变了磁场方向。 材料：主磁极铁芯一般由1.0～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压铆接而成。

6. 1．定子部分 （一）直流电机的结构 图1-3　直流电机的定子 图1-4　电刷装置 1—主磁极　2—换向极　3—机座 1—导电绞线　2—加压弹簧　3—电刷　4—刷盒

7. 1．定子部分 （一）直流电机的结构 （3）换向极 作用：产生附加磁场，改善电机的换向性能，减少电刷与换向器之间的火花 组成：由铁心、绕组组成。换向极绕组与电枢绕组串联。 材料：铁芯用整块钢制成。如要求较高，则用1.0～1.5mm铜线绕制。 安装位置：在相邻两主磁极之间。 （4）电刷装置 作用：连接外电路与电枢绕组，与换向器一起将绕组内交流电转换为外部直流电。 组成：由碳—石墨制成导电块的电刷、加压弹簧和刷盒等组成。 安装位置：电刷固定在机座上（小容量电机装在端盖上），加压弹簧使电刷和旋转的换向器保持滑动接触，使电枢绕组与外电路接通。电刷数一般等于主磁极数，各同极性的电刷经软线连在一起，再引到接线盒内的接线板上，作为电枢绕组的引出端。 （5）端盖 作用：支撑旋转的电枢。端盖内装有轴承。 材料：由铸铁制成，用螺钉固定在底座的两端。　

8. 2．转子部分 （一）直流电机的结构 转子又称电枢，它的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。转子由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件组成。 （1）电枢铁芯 作用：一是作为电机主磁路的一部分；二是作为嵌放电枢绕组的骨架。 组成：由0.35～0.5mm厚的彼此绝缘的硅钢片叠压而成。 （2）电枢绕组 作用：作为发电机运行时，产生感应电动势和感应电流；作为电动机运行时，通电后受到电磁力的作用，产生电磁转矩。 组成：绝缘导线绕成的线圈（或称元件），放置于电枢铁心槽中，按一定规律和换向片相连，使各组线圈的电动势相加。绕组端部用镀锌钢丝箍住，防止绕组因离心力而发生径向位移。

9. 2．转子部分 （一）直流电机的结构 图1-5　直流电机的电枢 1—风扇　2—绕组　3—电枢铁心 4—绑带　5—换向器　6—轴

10. 2．转子部分 （一）直流电机的结构 （3）换向器 作用：实现绕组中电流换向。 组成：换向器由许多铜制换向片组成，外形呈圆柱形，片与片之间用0.4～1.2mm的云母绝缘，装在电枢的一端。

11. 1．直流发电机的工作原理 （二）直流电机的基本工作原理 两个磁极N、S建立恒定磁场，其磁感应强度沿圆周正弦分布。两极中间的电枢铁心（图中未画出）上固定着线圈abcd，ad两端分别接在跟电枢铁心一起旋转的两片换向片上，电刷A、B分别与这两个换向片接触而通向外电路。

12. 1．直流发电机的工作原理 （二）直流电机的基本工作原理 图1-8 一个线圈的肪动电动势 线圈每转过一对磁极，其电动势方向就改变一次，但两电刷间的电流方向是不变的，只是大小在零与最大值之间变化。这种单线圈直流发电机，虽然可以获得恒定方向的电动势和电流，但它们的大小是脉动的，其电动势波形如图1-8所示。为获得方向和量值均为恒定的电动势，则应使电枢铁心上的槽数和线圈匝数增加，同时换向器上的换向片也要相应增加。

13. 2．直流电动机的工作原理 （二）直流电机的基本工作原理 图1-9 直流电动机的原理图

14. 2．直流电动机的工作原理 （二）直流电机的基本工作原理 电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的旋转轴与机械负载相联。电流从电刷A流入电枢绕组，从电刷B流出。电枢电流Ia与磁场相互作用产生电磁力F，其方向可用左手定则判定。这一对电磁力所形成的电磁转矩T，使电动机电枢逆时针方向旋转，如图1-9a所示。当电枢转到图1-9b所示位置时，由于换向器的作用，电源电流Ia仍由电刷A流入绕组，由电刷B流出。电磁力和电磁转矩的方向仍然使电动机电枢逆时针方向旋转。 电枢转动时，切割磁力线而产生感应电动势，这个电动势的方向（用右手定则判定）与电枢电流Ia和外加电压U的方向总是相反的，称为反电动势Ea。它与发电机的电动势E的作用不同。发电机的电动势是电源电动势，在外电路产生电流。而Ea是反电动势，电源只有克服这个反电动势才能向电动机输入电流。

15. 2．直流电动机的工作原理 （二）直流电机的基本工作原理 直流电动机有以下几方面的优点： （1）调速范围广，且易于平滑调节； （2）过载能力强，起动/制动转矩大； （3）易于控制，可靠性高。 直流电动机的应用 ： 在调速要求较高的场所，如轧钢车、电车、电气铁道牵引、高炉送料、造纸、纺织拖动、吊车、挖掘机械、卷扬机拖动等方面，直流电动机均得到了广泛的应用。

16. 3．直流电机的可逆性 （二）直流电机的基本工作原理 同一台直流电机既可作发电机运行，也可作电动机运行。当用原动机拖动转子旋转即输入机械功率时，在电刷两端就会输出直流电能，此时电机作发电机运行；当在电刷两端接直流电源即输入直流电能时，电机将通过转子拖动生产机械旋转从而输出机械能，电机又作电动机运行。以上所述就是直流电机可逆运转的原理。