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直流無刷電機(jī)和無刷直流電機(jī)信息智能網(wǎng)

直流電動(dòng)機(jī)的工作原理
2024-12-17

                          一。直流電機(jī)的物理模型圖解釋。        這是分析直流電機(jī)的物理模型圖。其中,固定部分有磁鐵,這里稱作主磁極;固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個(gè)小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的)      上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型,它的固定部分(定子)上,裝設(shè)了一對直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N和S,在旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子)上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈,線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上,此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣,由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上,換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動(dòng)的電刷B1和B2,當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。   二。直流發(fā)電機(jī)的工作原理   直流發(fā)電機(jī)的原理圖   直流發(fā)電機(jī)是機(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能的電氣設(shè)備。   如何轉(zhuǎn)換?分以下步驟說明:   設(shè)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以每分轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);   電機(jī)內(nèi)部的固定部分要有磁場。這個(gè)磁場可以是如圖示的磁鐵也可以是磁極鐵心上繞套線圈,再通過直流電產(chǎn)生磁場。其中 If 稱之為勵(lì)磁電流。這種線圈每個(gè)磁極上有一個(gè),也就是,電機(jī)有幾個(gè)磁極就有幾個(gè)勵(lì)磁線圈,這幾個(gè)線圈串聯(lián)(或并聯(lián))起來就構(gòu)成了勵(lì)磁繞組。這里要注意各線圈通過電流的方向不可出錯(cuò)。在以上條件下環(huán)外導(dǎo)體將感應(yīng)電勢,其大小與磁通密度 B 、導(dǎo)體的有效長度 l 和導(dǎo)體切割磁場速度 v 三者的乘積成正比,其方向用右手定則判斷。   三。直流電動(dòng)機(jī)的工作原理      直流電動(dòng)機(jī)的原理圖   對上一頁所示的直流電機(jī),如果去掉原動(dòng)機(jī),并給兩個(gè)電刷加上直流電源,如上圖(a)所示,則有直流電流從電刷 A 流入,經(jīng)過線圈abcd,從電刷 B 流出,根據(jù)電磁力定律,載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用,其方向可由左手定則判定,兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩,使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖(b)所示的位置,電刷 A 和換向片2接觸,電刷 B 和換向片1接觸,直流電流從電刷 A 流入,在線圈中的流動(dòng)方向是dcba,從電刷 B 流出。   此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定,它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的,但由于電刷和換向片的作用,在線圈中流過的電流是交流的,其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。   將直流電動(dòng)機(jī)的工作原理歸結(jié)如下:   將直流電源通過電刷接通電樞繞組,使電樞導(dǎo)體有電流流過。   電機(jī)內(nèi)部有磁場存在。   載流的轉(zhuǎn)子(即電樞)導(dǎo)體將受到電磁力 f 的作用 f=Blia (左手定則)   所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子,使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn),以便拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。   §1.2直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)      這是一臺國產(chǎn)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)裝配圖和結(jié)構(gòu)剖面圖。旋轉(zhuǎn)電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成,每一部分也都由電磁部分和機(jī)械部分組成,以便滿足電磁作用的條件。換向極用來改善換向。   旋轉(zhuǎn)電機(jī) 包括 定子(電磁部分,機(jī)械部分)和轉(zhuǎn)子(機(jī)械部分,電磁部分 )   定子:   ◇ 主磁極(勵(lì)磁繞組 主極鐵心)   ◇ 換向極(繞組和鐵心)   ◇ 機(jī)座   ◇ 端蓋   ◇ 電刷裝置   轉(zhuǎn)子:   ◇ 電樞繞組   ◇ 電樞鐵心   ◇ 換向器   ◇ 轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇   ●定子的主要部件包括:直流電機(jī)的定子由主磁極、機(jī)座、換向極、端蓋和電刷裝置等部件組成。      主磁極 主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵(lì)磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵心靠近轉(zhuǎn)子一端的擴(kuò)大的部分稱為極靴,它的作用是使氣隙磁阻減小,改善主磁極磁場分布,并使勵(lì)磁繞組容易固定。為了減少轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于齒槽移動(dòng)引起的鐵耗,主磁極鐵心采用1~1.5mm的低碳鋼板沖壓一定形狀疊裝固定而成。主磁極上裝有勵(lì)磁繞組,整個(gè)主磁極用螺桿固定在機(jī)座上。主磁極的個(gè)數(shù)一定是偶數(shù),勵(lì)磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按 N,S 極交替出現(xiàn)。   機(jī)座 ——機(jī)座有兩個(gè)作用,一是作為主磁極的一部分,二是作為電機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。 機(jī)座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。機(jī)座一般用厚鋼板彎成筒形以后焊成,或者用鑄鋼件(小型機(jī)座用鑄鐵件)制成。機(jī)座的兩端裝有端蓋。      換向極 ——換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個(gè)小磁極,它的作用是改善直流電機(jī)的換向情況,使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的火花。換向極結(jié)構(gòu)和主磁極類似,是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構(gòu)成,并用螺桿固定在機(jī)座上。換向極的個(gè)數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等,在功率很小的直流電機(jī)中,也有不裝換向極的。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯(lián)的,要流過較大的電流,因此和主磁極的串勵(lì)繞組一樣,導(dǎo)線有較大的截面。   端蓋 —— 端蓋裝在機(jī)座兩端并通過端蓋中的軸承支撐轉(zhuǎn)子,將定轉(zhuǎn)子連為一體。同時(shí)端蓋對電機(jī)內(nèi)部還起防護(hù)作用。      電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出(或引入)裝置,它由電刷,刷握,刷桿和連線等部分組成,右圖所示,電刷是石墨或金屬石墨組成的導(dǎo)電塊,放在刷握內(nèi)用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面,旋轉(zhuǎn)時(shí)與換向器表面形成滑動(dòng)接觸。刷握用螺釘夾緊在刷桿上。每一刷桿上的一排電刷組成一個(gè)電刷組,同極性的各刷桿用連線連在一起,再引到出線盒。刷桿裝在可移動(dòng)的刷桿座上,以便調(diào)整電刷的位置。   ●轉(zhuǎn)子的主要部件包括:   直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為轉(zhuǎn)子,又稱電樞。轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、軸承、風(fēng)扇等。      電樞鐵心 —— 電樞鐵心既是主磁路的組成部分,又是電樞繞組支撐部分;電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)。為減少電樞鐵心內(nèi)的渦流損耗,鐵心一般用厚0.5mm且沖有齒、槽的型號為DR530或DR510的硅鋼片疊壓夾緊而成,如左圖所示。小型電機(jī)的電樞鐵心沖片直接壓裝在軸上,大型電機(jī)的電樞鐵心沖片先壓裝在轉(zhuǎn)子支架上,然后再將支架固定在軸上。為改善通風(fēng),沖片可沿軸向分成幾段,以構(gòu)成徑向通風(fēng)道。      電樞繞組——電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成,他是直流電機(jī)的電路部分,也是感生電動(dòng)勢,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部分。線圈用絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成,分上下兩層嵌放在電樞鐵心槽內(nèi),上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣(右圖),并用槽楔壓緊。大型電機(jī)電樞繞組的端部通常緊扎在繞組支架上。      換向器——前面已經(jīng)指出,在直流發(fā)電機(jī)中,換向器起整流作用,在直流電動(dòng)機(jī)中,換向器起逆變作用,因此換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件之一。換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成一個(gè)圓筒,其間用云母片絕緣,兩端再用兩個(gè)V形環(huán)夾緊而構(gòu)成,如圖3-10所示。每個(gè)電樞線圈首端和尾端的引線,分別焊入相應(yīng)換向片的升高片內(nèi)。小型電機(jī)常用塑料換向器,這種換向器用換向片排成圓筒,再用塑料通過熱壓制成。                    

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