直流电机的应用.ppt
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项目一项目一直流电机的应用直流电机的应用任务一任务一认识直流电机认识直流电机任务二任务二直流电动机的调速直流电动机的调速任务三任务三直流电动机的启动、反转和制动直流电动机的启动、反转和制动任务四任务四直流电动机的使用和维护直流电动机的使用和维护3412目录1了解直流电机的特点、用途和分类;熟悉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了解直流电机铭牌中型号和额定值的含义,掌握额定值的简单计算。
4会进行直流电动机的检测、接线和简单操作。
任务一任务一认识直流电机认识直流电机直流电机是实现直流电能与机械能之间相互转换的电力机械,按照用途可以分为直流电动机和直流发电机两类。
其中将机械能转换成直流电能的电机称为直流发电机,如图1-1所示;将直流电能转换成机械能的电机称为直流电动机,如图1-2所示。
直流电机是工矿、交通、建筑等行业中的常见动力机械,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,掌握主要参数的分析计算,并能正确熟练地操作使用直流电机。
图1-1直流发电机图1-2直流电动机1.1.直流电机的特点直流电机的特点直流电动机与交流电动机相比,具有优良的调速性能和启动性能。
直流电动机具有宽广的调速范围,平滑的无级调速特性,可实现频繁的无级快速启动、制动和反转;过载能力大,能承受频繁的冲击负载;能满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。
而直流发电机则能提供无脉动的大功率直流电源,且输出电压可以精确地调节和控制。
但直流电机也有它显著的缺点:
一是制造工艺复杂,消耗有色金属较多,生产成本高;二是运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花,因而可靠性较差,维护比较困难。
所以在一些对调速性能要求不高的领域中己被交流变频调速系统所取代。
但是在某些要求调速范围大、快速性高、精密度好、控制性能优异的场合,直流电动机的应用目前仍占有较大的比重。
22直流电机的用途直流电机的用途由于直流电动机具有良好的启动和调速性能,常应用于对启动和调速有较高要求的场合,如大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、宾馆高速电梯、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、大型精密机床和大型起重机等生产机械中,图1-3所示是其应用的几种实例。
(a)地铁列车(b)城市电车(c)电动自行车(d)造纸机直流发电机主要用作各种直流电源,如直流电动机电源、化学工业中所需的低电压大电流的直流电源,直流电焊机电源等,如图1-4所示。
(a)电解铝车间(b)电镀车间图1-4直流发电机的用途二、直流电机的基本结构二、直流电机的基本结构直流电动机和直流发电机的结构基本一样。
直流电机由静止的定子和转动的转子两大部分组成,在定子和转子之间存在一个间隙,称做气隙。
定子的作用是产生磁场和支撑电机,它主要包括主磁极、换向磁极、机座、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,通常也被称做电枢。
它主要包括电枢铁心、电枢绕组以及换向器、转轴、风扇等。
直流电机的结构如图1-5所示。
1.前端盖2-风扇3-定子4-转子5-电刷及刷架6-后端盖图1-5直流电机的结构11主磁极主磁极主磁极的作用是产生主磁通,它由铁心和励磁绕组组成,如图1-6所示。
铁心一般用lmml.5mm的低碳钢片叠压而成,小电机也有用整块铸钢磁极的。
主磁极上的励磁绕组是用绝缘铜线绕制而成的集中绕组,与铁心绝缘,各主磁极上的线圈一般都是串联起来的。
主磁极总是成对的,并按N极和S极交替排列。
22换向磁极换向磁极换向磁极的作用是产生附加磁场,用以改善电机的换向性能。
通常铁心由整块钢做成,换向磁极的绕组应与电枢绕组串联。
换向磁极装在两个主磁极之间,如图1-7所示。
其极性在作为发电机运行时,应与电枢导体将要进入的主磁极极性相同;在作为电动机运行时,则应与电枢导体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换向磁极的位置33机座机座机座一方面用来固定主磁极、换向磁极和端盖等,另一方面作为电机磁路的一部分称为磁轭。
机座一般用铸钢或钢板焊接制成。
44电刷装置电刷装置在直流电机中,为了使电枢绕组和外电路连接起来,必须装设固定的电刷装置,它是由电刷、刷握和刷杆座组成的,如图1-8所示。
电刷是用石墨等做成的导电块,放在刷握内,用弹簧压指将它压触在换向器上。
刷握用螺钉夹紧在刷杆上,用铜绞线将电刷和刷杆连接,刷杆装在刷座上,彼此绝缘,刷杆座装在端盖上。
图1-8电刷与刷握图1-9电枢铁心55电枢铁心电枢铁心电枢铁心的作用是通过磁通和安放电枢绕组。
当电枢在磁场中旋转时,铁心将产生涡流和磁滞损耗。
为了减少损耗,提高效率,电枢铁心一般用硅钢片冲叠而成。
电枢铁心具有轴向冷却通风孔,如图1-9所示。
铁心外圆周上均匀分布着槽,用以嵌放电枢绕组。
66电枢绕组电枢绕组电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流产生电磁转矩,实现机电能量转换。
绕组通常用漆包线绕制而成,嵌入电枢铁心槽内,并按一定的规则连接起来。
为了防止电枢旋转时产生的离心力使绕组飞出,绕组嵌入槽内后,用槽楔压紧;线圈伸出槽外的端接部分用无纬玻璃丝带扎紧。
77换向器换向器换向器的结构如图1-10所示。
它由许多带有鸽尾形的换向片叠成一个圆筒,片与片之间用云母片绝缘,借V形套筒和螺纹压圈拧紧成一个整体。
每个换向片与绕组每个元件的引出线焊接在一起,其作用是将直流电动机输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流,进而产生恒定方向的电磁转矩,使电动机连续运转。
图1-10拱型换向器三、直流电机的工作原理三、直流电机的工作原理1直流发电机的工作原理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、电枢绕组和换向器等主要部件构成的工作原理图,定子上有两个磁极N和S,它们建立恒定磁场,两磁极中间是装在转子上的电枢绕组。
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(换向器)相接,通过电刷A、B与外电路相连。
当原动机带着电枢逆时针方向旋转时,线圈两个有效边ab和cd将切割磁场磁力线产生感应电动势,方向按右手定则确定,如图1-11a所示,在S极下由dc,在N极下由ba,电刷A为正极,电刷B为负极。
负载电流的方向,由AB。
当线圈转过90时,如图1-11b所示,两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。
虽然两电刷同时与两铜片相接,把线圈短路,但线圈中无电动势和电流。
当线圈转过180时,如图1-11c所示,此时线圈边中的电动势方向改变了,在S极下由ab,在N极下由cd。
由于此时电刷A和电刷B所接触的铜片已经互换,因此电刷A仍为正极,电刷B仍为负极,输出电流I的方向不变。
a)灯亮b)灯不亮c)灯亮d)灯不亮图1-11直流发电机工作原理图线圈每转过一对磁极,其两个有效边中的电动势方向就改变一次,但是两电刷之间的电动势方向是不变的,电动势大小在零和最大值之间变化。
显然,电动势方向虽然不变,但大小波动很大,这样的电动势是没有实用价值的。
要减小电动势的波动程度,实用的电机在电枢圆周表面装有较多数量互相串联的线圈和相应的铜片数。
这样,换向后合成电动势的波动程度就会显著减小。
由于实际发电机的线圈数较多,所以电动势波动很小,可认为是恒定不变的直流电动势。
由以上分析可得出直流发电机的工作原理:
当原动机带动直流发电机电枢旋转时,在电枢绕组中产生方向交变的感应电动势,通过电刷和换向器的作用,在电刷两端输出方向不变的直流电动势。
22直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理直流电动机在机械构造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。
电枢不用外力驱动,把电刷A、B接到直流电源上,假定电流从电刷A流入线圈,沿abcd方向,从电刷B流出。
载流线圈在磁场中将受到电磁力的作用,其方向按左手定则确定,ab边受到向上的力,cd边受到向下的力,形成电磁转矩,结果使电枢逆时针方向转动,如图1-12a所示。
当电枢转过90时,如图1-12b所示,线圈中虽无电流和力矩,但在惯性的作用下继续旋转。
当电枢转过180时,如图1-12c所示,电流仍然从电刷A流入线圈,沿dcba方向,从电刷B流出。
与图1-12a比较,通过线圈的电流方向改变了,但两个线圈边受电磁力的方向却没有改变,即电动机只朝一个方向旋转。
若要改变其转向,必须改变电源的极性,使电流从电刷B流入,从电刷A流出才行。
a)受电磁力,逆时针转动b)不受电磁力,惯性转动c)受电磁力,逆时针转动d)不受电磁力,惯性转动图1-12直流电动机工作原理由以上分析可得直流电动机的工作原理:
当直流电动机接入直流电源时,借助于电刷和换向器的作用,使直流电动机电枢绕组中流过方向交变的电流,从而使电枢产生恒定方向的电磁转矩,保证了直流电动机朝一定的方向连续旋转。
33直流电机的可逆原理直流电机的可逆原理比较直流电动机与直流发电机的结构和工作原理,可以发现:
一台直流电机既可以作为发电机运行,也可以作为电动机运行,只是其输入输出的条件不同而已。
如果在电刷两端加上直流电源,将电能输入电枢,则从电机轴上输出机械能,驱动生产机械工作,这时直流电机将电能转换为机械能,工作在电动机状态。
如果用原动机驱动直流电机的电枢旋转,从电机轴上输入机械能,则从电刷两端可以引出直流电动势,输出直流电能,这时直流电机将机械能转换为直流电能,工作在发电机状态。
同一台电机,既能作发电机运行,又能作电动机运行的原理,称为电机的可逆原理。
一台电机的实际工作状态取决于外界的不同条件。
实际的直流电动机和直流发电机在设计时考虑了工作特点的一些差别,因此有所不同。
例如直流发电机的额定电压略高于直流电动机,以补偿线路的电压降,便于两者配合使用。
直流发电机的额定转速略低于直流电动机,便于选配原动机。
四、直流电机的励磁方式四、直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式是指电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、自励(并励、串励和复励)、永磁方式。
11他励方式他励方式他励方式中,电枢绕组和励磁绕组电路相互独立,电枢电压与励磁电压彼此无关。
接线图如图1-13所示。
图1-13他励电机22并励方式并励方式并励方式中,电枢绕组和励磁绕组是并联关系,由同一电源供电,接线图如图1-14所示。
图1-14并励电机图1-15串励电机33串励方式串励方式串励方式中,电枢绕组与励磁绕组是串联关系,接线图如图1-15所示。
44复励方式复励方式复励电机的主磁极上有两部分励磁绕组,其中一部分与电枢绕组并联,另一部分与电枢绕组串联。
当两部分励磁绕组产生的磁通方向相同时,称为积复励,反之称为差复励。
接线图如图1-16所示。
图1-16复励电机五、直流电机的铭牌数据与系列五、直流电机的铭牌数据与系列11直流电机铭牌数据直流电机铭牌数据电机制造厂按照国家标准,根据电机的设计和试验数据,规定了电机的正常运行状态和条件,通常称之为额定运行。
凡表征电机额定运行情况的各种数据均称为额定值,标注在电机铝制铭牌上,它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(11)额定容量)额定容量(额定功率额定功率)PPNN(kW(kW)额定容量指电机的输出功率。
对发电机而言,是指输出的电功率;对电动机,则是指转轴上输出的机械功率。
(22)额定电压)额定电压UUNN(V)(V)和额定电流和额定电流IINN(A)(A)注意它们不同于电机的电枢电压Ua和电枢电流Ia,发电机的UN、IN是输出值,电动机的UN、IN是输入值。
(33)额定转速)额定转速nnNN(r/min)r/min)额定转速是指在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。
电机在实际应用时,是否处于额定运行情况,要由负载的大小决定。
一般不允许电机超过额定值运行,因为这样会缩短电机的使用寿命,甚至损坏电机。
但也不能让电机长期轻载运行,这样不能充分利
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