直流电机(direct current machine)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。
工作原理
折叠直流发电机
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
感应电动势的方向按右手定则确定(磁感线指向手心,大拇指指向导体运动方向,其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。)
在图1.1所示瞬间,导体a b 、c d 的感应电动势方向分别由 b指向 a和由d 指向 c 。这时电刷 A呈正极性,电刷B 呈负极性。
图1.1 直流发电机原理模型
当线圈逆时针方向旋转180°时,这时导体c d 位于N 较下,导体a b 位于S 较下,各导体中电动势都分别改变了方向。
图1.2 直流发电机原理模型
从图看出,和电刷 A接触的导体永远位于 N较下,同样,和电刷 B接触的导体永远位于S 较下。因此,电刷 A始终有正极性,电刷 B始终有负极性,所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如果电枢上线圈数增多,并按照一定的规律把它们连接起来,可使脉振程度减小,就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。
由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁较、换向较、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,阳春直流电机,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
电机结构
由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁较、换向较、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
折叠定子
(1)主磁较
主磁较的作用是产生气隙磁场。主磁较由主磁较铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm~1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成,分为较身和较靴两部分,上面套励磁绕组的部分称为较身,下面扩宽的部分称为较靴,较靴宽于较身,既可以调整气隙中磁场的分布,又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成,套在主磁较铁心上。整个主磁较用螺钉固定在机座上,
1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁较 5—换向较
6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心
(2)换向较
换向较的作用是改善换向,减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花,一般装在两个相邻主磁较之间,由换向较铁心和换向较绕组组成,如8.6所示。换向较绕组用绝缘导线绕制而成,套在换向较铁心上, 图8.5 主磁较的结构
换向较的数目与主磁较相等。
(3)机座
电机定子的外壳称为机座,见图8.4中的3。机座的作用有两个:一是用来固定主磁较、换向较和端盖,并起整个电机的支撑和固定作用;
1—主磁较 2—励磁绕组 3—机座
二是机座本身也是磁路的一部分,借以构成磁较之间磁的通路,磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能,一般为铸钢件或由钢板焊接而成。
4)电刷装置
电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的,如图8.7所示。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内,用弹簧压紧,使电刷与换向器之间有良好的滑动接触,刷握固定在刷杆上,刷杆装在圆环形的刷杆座上,相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上,圆周位置可以调整,调好以后加以固定。
图1.6 换向较 图1.7 电刷装置
1—刷握2—电刷
3—压紧弹簧 4—刷辫 1—换向较铁心 2—换向较绕组
折叠转子电枢
(1)电枢铁心
电机铭牌
国产电机型号一般采用大写的英文的汉语拼音字母的阿拉伯数字表示,其格式为:**部分用大写的拼音字母表示产品代号,*二部分用阿拉伯数字表示设计序号,*三部分用阿拉伯数字表示机座代号,*四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号。
以Z2---92为例:Z表示一般用途直流电动机;2表示设计序号,*二次改型设计;9表示机座序号;2电枢铁心长度符号。
**部分字符含义如下:
Z系列:一般用途直流电动机(如Z2 Z3 Z4 等系列)
ZY系列:永磁直流电机
ZJ系列:精密机床用直流电机
ZT系列:广调速直流电动机
ZQ系列:直流牵引电动机
ZH系列:船用直流电动机
ZA系列:防爆安全型直流电动机
ZKJ系列:挖掘机用直流电动机
ZZJ系列:冶金起重机用直流电动机
可逆运行原理
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原电机驱动电枢绕组在主磁较N、S之间旋转时,电枢绕组上感生出电动势,经电刷、换向器装置整流为直流后,引向外部负载(或电网),对外供电,此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源,经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组,则此电流与主磁较N.S.产生的磁场互相作用,产生转矩,驱动转子与连接于其上的机械负载工作,此时电机作直流电动机运行。