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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)

直流電機(jī)電機(jī)結(jié)構(gòu)模型與縱向剖視圖圖解
2024-11-02

            直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為永磁、他勵(lì)和自勵(lì)3類,其中自勵(lì)又分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī),將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。      直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同,直流電機(jī)可分為下列幾種類型。   他勵(lì)   勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系,而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī),接線如圖1.23(a)所示。圖中M表示電動(dòng)機(jī),若為發(fā)電機(jī),則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。   并勵(lì)   并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來說,是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵(lì)磁繞組供電;作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來說,勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源,從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。   串勵(lì)   串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后,再接于直流電源。這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。   復(fù)勵(lì)   復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反,則稱為差復(fù)勵(lì)。   不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式,直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和和復(fù)勵(lì)式。      直流電機(jī)的物理模型圖      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(shì)或電流的方向而設(shè)置的)   上圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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。   直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖解   直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩部分,靜止部分稱為定子,旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子(也稱電樞)。圖1 與圖2分別為直流電機(jī)的縱剖面示意圖和橫剖面示意圖。         直流電機(jī)定子部分包括機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等;轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)軸等。   直流電機(jī)的部件功能   1、主磁極   主磁極用來產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng),并使電樞表面的氣隙磁通密度按一定波形沿空間分布。主磁極包括主磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組。主磁極鐵芯由1mm~1.5mm 厚的低碳鋼薄板沖片疊壓而成。勵(lì)磁繞組用圓形或矩形純銅絕緣電磁線制成。各磁極的勵(lì)磁繞組串聯(lián)連接成一路,以保證各主極勵(lì)磁繞組的電流相等。   大的直流電機(jī)在極靴上開槽, 槽內(nèi)嵌放補(bǔ)償繞組,與電樞繞組串聯(lián),用以抵消極靴范圍內(nèi)的電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì),從而減少氣隙磁場(chǎng)的畸變,改善換向,提高電機(jī)運(yùn)行可靠性。   2、換向極   也稱附加極,用于改善直流電機(jī)的換向性能。換向極由換向極鐵芯和換向極繞組組成。其鐵心一般也用1mm~1.5mm厚的低碳鋼薄板沖片疊壓而成。換向極繞組必須和電樞繞組相串聯(lián),由于要通過的電樞電流較大,通常采用較粗的矩形截面導(dǎo)體繞制而成。換向極安裝在兩相鄰主極之間,其數(shù)目一般與主極數(shù)相等。小功率直流電機(jī)可不裝換向極。   3、機(jī)座   直流電機(jī)的機(jī)座用來固定主極、換向極、端蓋等,并借助底腳將電機(jī)固定在基礎(chǔ)上。   同時(shí),直流電機(jī)的機(jī)座是磁極間的磁通路徑(稱為磁軛),所以用導(dǎo)磁性好、機(jī)械強(qiáng)度較高的鑄鋼或厚鋼板制成,不能采用鑄鐵。   4、電樞鐵芯   電樞鐵心用來通過磁通并嵌放電樞繞組,是主磁路的一部分。由于轉(zhuǎn)子在定子主磁極產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn),因此電樞鐵芯內(nèi)的磁通是交變的,為減少渦流和磁滯損耗,通常用兩面涂絕緣漆的 0.5mm 硅鋼片疊壓而成。沖片上有均勻分布的嵌放電樞繞組的槽和軸向通風(fēng)孔。   5、電樞繞組   電樞繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩,實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。容量較小的直流電機(jī)的電樞繞組用圓形電磁線繞制而成,而大多數(shù)直流電機(jī)的電樞繞組均用矩形絕緣導(dǎo)線繞制成定形線圈,然后嵌入電樞鐵心的槽中,線圈與鐵心之間以及上、下層線圈之間都必須妥善絕緣。為了防止電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用,繞組在槽內(nèi)部分用絕緣槽楔固定,而伸到槽外的端接部分則用非磁性鋼絲扎緊在線圈支架上。   6、換向器   換向器是直流電機(jī)特有的關(guān)鍵部件,將電樞繞組內(nèi)部的交流電勢(shì)轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢(shì)。換向器的質(zhì)量好壞將直接影響直流電機(jī)的運(yùn)行可靠性。換向器由許多稱為換向片的、彼此互相絕緣的銅片組合而成,有多種結(jié)構(gòu)形式,換12 向器由 V 型套筒、換向片、云母片(換向片間的絕緣)和壓緊圈等組成緊密整體。小型換向器用熱固性環(huán)氧樹脂熱壓成整體。電樞繞組端部嵌放在換向片端部槽內(nèi),并焊接在一起。   7、電刷裝置   電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握上的刷盒內(nèi),用彈簧將電刷壓緊與換向器表面緊密接觸,保證電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電刷與換向器表面有良好的接觸。電刷裝置與換向器配合將轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組和靜止的外電路聯(lián)通。   8、氣隙   定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙是主磁路一部分,其大小直接影響運(yùn)行性能。由于氣隙磁場(chǎng)由直流勵(lì)磁產(chǎn)生,因此直流電機(jī)的氣隙可比異步電動(dòng)機(jī)大得多,小型直流電機(jī)為 1~3 mm,大型直流電機(jī)可達(dá) 12mm。   直流電機(jī)縱向剖視圖圖解     ?。?)換向極   換向極的作用是改善換向,減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花,一般裝在兩個(gè)相鄰主磁極之間,由換向極鐵心和換向極繞組組成,如所示。換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成,套在換向極鐵心上,換向極的數(shù)目與主磁極相等。   (3)機(jī)座   電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座,見圖中的3。機(jī)座的作用有兩個(gè):一是用來固定主磁極。換圖第五節(jié) 主磁極的結(jié)構(gòu)   向極和端蓋,并起整個(gè)電機(jī)的支撐和固定作用; 1—主磁極 2—?jiǎng)?lì)磁繞組 3—機(jī)座   二是機(jī)座本身也是磁路的一部分,借以構(gòu)成磁極之間磁的通路,磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機(jī)座具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能,一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。   (4)電刷裝置   電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的,如圖2所示。電刷裝置由電刷。刷握。刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi),用彈簧壓緊,使電刷與換向器之間有良好的滑動(dòng)接觸,刷握固定在刷桿上,刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上,相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上,圓周位置可以調(diào)整,調(diào)好以后加以固定。      1—換向極鐵心1—刷握2—電刷   2—換向極繞組3—壓緊彈簧 4—刷辮   2.轉(zhuǎn)子(電樞)   (1)電樞鐵心   電樞鐵心是主磁路的主要部分,同時(shí)用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成(沖片的形狀如圖4(a)所示),以降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽,槽內(nèi)嵌放電樞繞組。     ?。?)電樞繞組   電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件,所以叫電樞。它是由許多線圈(以下稱元件)按一定規(guī)律連接而成,線圈采用高強(qiáng)度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成,不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中,線圈與鐵心之間以及上。下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外,槽口用槽楔固定,如圖5所示。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進(jìn)行綁扎。     ?。?)換向器   在直流電動(dòng)機(jī)中,換向器配以電刷,能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流,使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變;在直流發(fā)電機(jī)中,換向器配以   電刷,能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為正。負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢(shì)。換向器是由許多換向片組成的圓柱體,換向片之間用云母片絕緣,換向   圖5 電樞槽的結(jié)構(gòu) 1—槽楔2—線圈絕緣3—電樞導(dǎo)體4—層間絕緣5—槽絕緣6—槽底絕緣   片的緊固通常如圖3.10所示,換向片的下部做成鴿尾形,兩端用鋼制V形套筒和V形云母環(huán)固定,再用螺母鎖緊。  ?。?)轉(zhuǎn)軸   轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用,需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度,一般用圓鋼加工而成。                          

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