圖解直流電機,直流電機電機結構模型與縱向剖視圖圖解

　　直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機。因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。直流電動機按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵3類，其中自勵又分為並勵、串勵和復勵3種。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。

　　

　　直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。

　　他勵

　　勵磁繞組與電樞繞組無聯接關係，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，接線如圖1.23（a）所示。圖中M表示電動機，若為發電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。

　　並勵

　　並勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相併聯。作為並勵發電機來說，是電機本身發出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為並勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。

　　串勵

　　串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯後，再接於直流電源。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。

　　復勵

　　復勵直流電機有並勵和串勵兩個勵磁繞組。若串勵繞組產生的磁通勢與並勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。

　　不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是並勵式、串勵式和復勵式，直流發電機的主要勵磁方式是他勵式、並勵式和和復勵式。

　　

　　直流電機的物理模型圖

　　

　　這是分析直流電機的物理模型圖。

　　其中，固定部分有磁鐵，這裡稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉動部分有環形鐵心和繞在環形鐵心上的繞組。（其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導體電勢或電流的方向而設置的）

　　上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉部分（轉子）上裝設電樞鐵心。定子與轉子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱為換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與轉軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

　　直流電機結構圖解

　　直流電機的結構可分為靜止和轉動兩部分，靜止部分稱為定子，旋轉部分稱為轉子（也稱電樞）。圖1 與圖2分別為直流電機的縱剖面示意圖和橫剖面示意圖。

　　

　　

　　直流電機定子部分包括機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等；轉子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風扇和轉軸等。

　　直流電機的部件功能

　　1、主磁極

　　主磁極用來產生氣隙磁場，並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磁繞組。主磁極鐵芯由１mm～1.5mm 厚的低碳鋼薄板衝片疊壓而成。勵磁繞組用圓形或矩形純銅絕緣電磁線製成。各磁極的勵磁繞組串聯連接成一路，以保證各主極勵磁繞組的電流相等。

　　大的直流電機在極靴上開槽， 槽內嵌放補償繞組，與電樞繞組串聯，用以抵消極靴範圍內的電樞反應磁動勢，從而減少氣隙磁場的畸變，改善換向，提高電機運行可靠性。

　　2、換向極

　　也稱附加極，用於改善直流電機的換向性能。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厚的低碳鋼薄板衝片疊壓而成。換向極繞組必須和電樞繞組相串聯，由於要通過的電樞電流較大，通常採用較粗的矩形截面導體繞制而成。換向極安裝在兩相鄰主極之間，其數目一般與主極數相等。小功率直流電機可不裝換向極。

　　3、機座

　　直流電機的機座用來固定主極、換向極、端蓋等，並藉助底腳將電機固定在基礎上。

　　同時，直流電機的機座是磁極間的磁通路徑（稱為磁軛），所以用導磁性好、機械強度較高的鑄鋼或厚鋼板製成，不能採用鑄鐵。

　　4、電樞鐵芯

　　電樞鐵心用來通過磁通並嵌放電樞繞組，是主磁路的一部分。由於轉子在定子主磁極產生的恆定磁場內旋轉，因此電樞鐵芯內的磁通是交變的，為減少渦流和磁滯損耗，通常用兩面塗絕緣漆的 0.5mm 矽鋼片疊壓而成。衝片上有均勻分布的嵌放電樞繞組的槽和軸向通風孔。

　　5、電樞繞組

　　電樞繞組是產生感應電動勢和電磁轉矩，實現機電能量轉換的關鍵部件。容量較小的直流電機的電樞繞組用圓形電磁線繞制而成，而大多數直流電機的電樞繞組均用矩形絕緣導線繞製成定形線圈，然後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。為了防止電樞旋轉時離心力的作用，繞組在槽內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紮緊在線圈支架上。

　　6、換向器

　　換向器是直流電機特有的關鍵部件，將電樞繞組內部的交流電勢轉換成電刷間的直流電勢。換向器的質量好壞將直接影響直流電機的運行可靠性。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，有多種結構形式，換12 向器由 V 型套筒、換向片、雲母片（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氧樹脂熱壓成整體。電樞繞組端部嵌放在換向片端部槽內，並焊接在一起。

　　7、電刷裝置

　　電刷裝置由電刷、刷握、刷杆和刷杆座等組成。電刷放在刷握上的刷盒內，用彈簧將電刷壓緊與換向器表面緊密接觸，保證電樞轉動時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動的電樞繞組和靜止的外電路聯通。

　　8、氣隙

　　定、轉子之間的氣隙是主磁路一部分，其大小直接影響運行性能。由於氣隙磁場由直流勵磁產生，因此直流電機的氣隙可比異步電動機大得多，小型直流電機為 1～3 mm，大型直流電機可達 12mm。

　　直流電機縱向剖視圖圖解

　　

　　（2）換向極

　　換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產生的換向火花，一般裝在兩個相鄰主磁極之間，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線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數目與主磁極相等。

　　（3）機座

　　電機定子的外殼稱為機座，見圖中的3。機座的作用有兩個：一是用來固定主磁極。換圖第五節　主磁極的結構

　　向極和端蓋，並起整個電機的支撐和固定作用；　1—主磁極　2—勵磁繞組　3—機座

　　二是機座本身也是磁路的一部分，藉以構成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導磁性能，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。刷杆和刷杆座等組成。電刷放在刷握內，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷杆上，刷杆裝在圓環形的刷杆座上，相互之間必須絕緣。刷杆座裝在端蓋或軸承內蓋上，圓周位置可以調整，調好以後加以固定。

　　

　　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.轉子（電樞）

　　（1）電樞鐵心

　　電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心採用由0.5mm厚的矽鋼片衝制而成的衝片疊壓而成（衝片的形狀如圖4（a）所示），以降低電機運行時電樞鐵心中產生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉軸或轉子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內嵌放電樞繞組。

　　

　　（2）電樞繞組

　　電樞繞組的作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量變換的關鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈（以下稱元件）按一定規律連接而成，線圈採用高強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行綁紮。

　　

　　（3）換向器

　　在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉矩的方向恆定不變；在直流發電機中，換向器配以

　　電刷，能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正。負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用雲母片絕緣，換向

　　圖5　電樞槽的結構　1—槽楔2—線圈絕緣3—電樞導體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，兩端用鋼製V形套筒和V形雲母環固定，再用螺母鎖緊。

　　（4）轉軸

　　轉軸起轉子旋轉的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。

　　

　　

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