电机基础知识

Prepared on 22 November 2020 电机基础知识 电机基础知识电机基础知识 1 1、电机的分类、电机的分类 表表 1-11-1：： 电机分类表电机分类表 交直流两用电动机 步进电动机 交流伺服电动机 同步电机 异步电机 他励 并励电磁式直流电动 机串励 复励 永磁直流电动机 直流伺服电动机 直流力矩电动机 无刷直流电动机 交流电机 电动机 直流电机 2 2、直流电机、直流电机 图图 2-12-1：直流电机的物理模型图：直流电机的物理模型图 图 2-1 表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分称为定子，上 面装设了一对直流励磁（或是永磁铁）的主磁极 N 和 S；旋转部分称为转子， 上面装设电枢铁心；定子与转子之间有一气隙。电枢铁心表面上放置了由 A 和 X 两根导体连成的电枢线圈（绕组），线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形 的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称 为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上 放置着一对固定不动的电刷 B1 和 B2 与换向器接触。整个旋转部分为机电能量 转换中枢，故称电枢。电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接 通。 直流电机工作原理直流电机工作原理 图图 2-22-2：直流电动机工作原理示意图：直流电动机工作原理示意图 将外部直流电源加于电刷 A(正极)和 B(负极)上，则线圈 abcd 中流过电 流，在导体 ab 中，电流由 a 指向 b，在导体 cd 中，电流由 c 指向 d。导体 ab 和 cd 分别处于 N、S 极磁场中，受到电磁力的作用。用左手定则可知导体 ab 和 cd 均受到电磁力的作用，且形成的转矩方向一致，这个转矩称为电磁转矩，为 逆时针方向。这样，电枢就顺着逆时针方向旋转，如图 2-2(a)所示。当电枢旋 转 180°，导体 cd 转到 N 极下，ab 转到 S 极下，如图 2-2(b)所示，由于电流 仍从电刷 A 流入，使 cd 中的电流变为由 d 流向 c，而 ab 中的电流由 b 流向 a， 从电刷 B 流出，用左手定则判别可知，电磁转矩的方向仍是逆时针方同。 由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使 直流电动机电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转 矩的方向恒定不变，确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。这就是直流电动 机的基本工作原理。简单来说，直流电动机就是利用通电导体在磁场中受力运 动而“切割”其磁力线的原理工作的。 直流电机的结构直流电机的结构 图图 2-32-3（（a a）：直流电动机纵向剖视图）：直流电动机纵向剖视图图图 2-3(b)2-3(b) ：直流电动机轴向剖视：直流电动机轴向剖视 图图 （（1 1）定子）定子 ①主磁极 主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组 成。铁心一般用～厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上 面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，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，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上 ②换向极 换向极的作用是改善换向，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极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成， 换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极 相等。 ③机座 电机定子的外壳称为机座，机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换 向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部 分，借以构成磁极之间磁的通路，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，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。 （（2 2）转子）转子( (电枢电枢) ) ①电枢铁心 电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采 用由厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生 的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开 有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。 ②电枢绕组 电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换 的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈(以下称元件)按一定规律连接而 成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下 两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善 绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定，线圈伸出槽外的端 接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。 ③换向器 在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中 的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以 电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的 直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝 缘，换向片的紧固通常部做成鸽尾形，两端用钢制 V 形套筒和 V 形云母环固 定，再用 4—层间绝缘 5—槽绝缘 6—槽底绝缘 螺母锁紧。 ④转轴 转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加 工而成。 直流电机的励磁方式 用直流电流来转动的电动机叫直流电动机。按励磁方式的不同，直流电动 机又可分为他励电动机和自励电动机，自励电动机又分为串励、并励及复合励 电动机。直流电机的励磁方式不同，运行特性和适用场合也不同。 图图 2-42-4：直流电动机的励磁方式：直流电动机的励磁方式 （（1 1）他励直流电机）他励直流电机 励磁绕组由其他直流电源供电，与电枢绕组之间没有电的联系，如图 2- 4(a)所示。永磁直流电机也属于他励直流电机，因其励磁磁场与电枢电流无 关。 （（2 2）并励直流电机）并励直流电机 励磁绕组与电枢绕组并联。如图 2-4(b)所示。励磁电压等于电枢绕组端电 压。以上两类电机的励磁电流只有电机额定电流的 1%～5%，所以励磁绕组的导 线细而匝数多。 （（3 3）串励直流电机）串励直流电机 励磁绕组与电枢绕组串联，如图 2-4(c)所示。励磁电流等于电枢电流，所 以励磁绕组的导线粗而匝数较少。 （（4 4）复励直流电机）复励直流电机 每个主磁极上套有两套励磁磁绕组，一个与电枢绕组并联，称为并励绕 组。一个与电枢绕组串联，称为串励绕组，如图 2-4(d)所示。两个绕组产生的 磁动势方向相同时称为积复励，两个磁势方向相反时称为差复励，通常采用积 复励方式。 3 3、交流电机、交流电机 交流电机的工作原理交流电机的工作原理 在一个可以自由旋转的圆筒内嵌装上磁铁，将别一个磁铁装在轴上，并架 在圆筒中间，如图 3-1 所示。当转动圆筒时，由于磁铁互相