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电机基础培训知识

时间:2014-07-06 来源:本站整理 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:
本站整理了一份有关电机的基础培训知识,包括电机的分类,直流电机原理及交流电机的工作原理等。
1、电机的分类
电机的分类
 
2、直流电机

直流电机的物理模型图

                                            图2-1: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。
 
2.1直流电机工作原理

直流电动机工作原理
 
                                     图2-2: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。
 
2.2直流电机的结构

直流电动机剖视图
图2-3(a):直流电动机纵向剖视图                                                                           图2-3(b) :直流电动机轴向剖视图
 
 (1)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0.5mm~1.5mm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)转子(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0.5mm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。
 
2.3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。
 
直流电动机的励磁方式
 
                                图2-4:直流电动机的励磁方式
 
(1)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)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)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)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、交流电机
 
3.1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,由于磁铁互相吸引,装在轴上的磁铁随之转动。转动速度与圆筒相同,这就是最简单的同步电机模型,如初始转动过快,转子不会旋转,称为失步。
如果把装在轴上的磁铁换成一个闭合的线圈,如图3-2所示。当转动圆筒时,线圈切割磁力线,产生感应电动势。由于线圈闭合,有电流通过,载流导体在磁场中要受到力的作用。使线圈转动起来,转速低于圆筒转速,这就是最简单的感应电机模型。线圈转速永远不等于圆筒转速,否则线圈不切割磁力线,不会产生感应电动势、电流和转矩,线圈也不会转动了,因此也称为异步电机。

 
转动圆筒时,使磁铁周围空间的磁场旋转,旋转的磁场称为旋转磁场,正是由于旋转磁场的存在,使同步电机和感应电机转动起来。
人工转动磁铁产生旋转磁场的方法实用价值不大。因此人们在固定的铁心上装有三相对称绕组,通以对称的正弦交流电来代替转动磁铁,自动地产生旋转磁场。铁心和绕组统称为定子,旋转部分称为转子。对于同步电机,转子如果采用永久磁铁,称为永磁电机。永磁电机的容量有限,因此人们用直流励磁产生一个恒定磁场,如图3-3所示。当用原动机拖动转子旋转时,定子绕组中将感生电动势。对于感应电机转子往往采用多相绕组,如图3-4所示。
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