直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及圖解

直流電機(jī)(direct current machine)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電動(dòng)機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。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。

將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)定子提供磁場，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。根據(jù)是否是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電動(dòng)機(jī)分為兩類，包括有刷直流電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)。無刷直流電機(jī)是近幾年來隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和高開關(guān)頻率、低功耗新型電力電子器件的應(yīng)用，以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能級(jí)的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新型直流電動(dòng)機(jī)。

無刷直流電機(jī)既保持了傳統(tǒng)直流電機(jī)良好的調(diào)速性能又具有無滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)用。按照供電方式的不同，無刷直流電機(jī)又可以分為兩類：方波無刷直流電動(dòng)機(jī)，其反電勢(shì)波形和供電電流波形都是矩形波，又稱為矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī);正弦波無刷直流電動(dòng)機(jī)，其反電勢(shì)波形和供電電流波形均為正弦波。

直流電機(jī)結(jié)構(gòu)

基本構(gòu)造分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。注意：不要把換向極與換向器弄混淆了 。定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞(shu)繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。

轉(zhuǎn)子組成直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部分由電樞鐵芯、電樞、換向器等裝置組成，下面對(duì)構(gòu)造中的各部件進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.電樞鐵芯部分：其作用是嵌放電樞繞組和顛末磁通，為了下降電機(jī)工作時(shí)電樞鐵芯中發(fā)作的渦流損耗和磁滯損耗。

2.電樞部分：作用是發(fā)作電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而進(jìn)行能量變換。電樞繞組有許多線圈或玻璃絲包扁鋼銅線或強(qiáng)度漆包線。

3.換向器又稱整流子，在直流電動(dòng)機(jī)中，它的作用是將電刷上的直流電源的電流變換成電樞繞組內(nèi)的溝通電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的傾向穩(wěn)定不變，在直流發(fā)電機(jī)中，它將電樞繞組溝通電動(dòng)勢(shì)變換為電刷端上輸出地直流電動(dòng)勢(shì)。換向器由許多片構(gòu)成的圓柱體之間用云母絕緣，電樞繞組每一個(gè)線圈兩端區(qū)分接在兩個(gè)換向片上。直流發(fā)電機(jī)中換向器的作用是把電樞繞組中的交變電動(dòng)熱變換為電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)，負(fù)載中就有電流通過，直流發(fā)電機(jī)向負(fù)載輸出電功率，同時(shí)電樞線圈中也肯定有電流通過。它與磁場相互作用發(fā)作電磁轉(zhuǎn)矩，其傾向與發(fā)電機(jī)相反，原想法只需抑制這一磁場轉(zhuǎn)矩才華股動(dòng)電樞改變。因此，發(fā)電機(jī)向負(fù)載輸出電功率的還，從原想法輸出機(jī)械功率，完結(jié)了直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變換為電能的作用。

是直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，電樞繞組通過換向器流過直流電流與定子繞組磁場發(fā)生作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子按照勵(lì)磁可分為直勵(lì)，他勵(lì)，復(fù)勵(lì)。電樞產(chǎn)生的磁場會(huì)疊加在定子磁場上使得氣隙主磁通產(chǎn)生一個(gè)偏角，稱為電樞反應(yīng)，通常加補(bǔ)償繞組使磁通畸變得以修正。

直流電機(jī)工作原理

如圖所示給兩個(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。

直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本是相同的，即都有可旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分?？尚D(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，靜止部分稱為定子，在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著空氣隙。

一、定子部分

定子的作用，在電磁方面是產(chǎn)生磁場和構(gòu)成磁路，在機(jī)械方面是整個(gè)電機(jī)的支撐，定子由磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置、端蓋和軸承組成。

(一)主磁極

主磁極的作用是產(chǎn)生恒定、有一定的空間分布形狀的氣隙磁通密度。主磁極由主磁極鐵心和放置在鐵心上的勵(lì)磁繞組構(gòu)成。主磁極鐵心分成極身和極靴，極靴的作用是使氣隙磁通密度的空間分布均勻并減小氣隙磁阻，同時(shí)極靴對(duì)勵(lì)磁繞組也起支撐作用。為減小渦流損耗，主磁極鐵心是用1.0~1.5mm厚的低碳鋼板沖成一定形狀，用鉚釘把沖片鉚緊，然后再固定在機(jī)座上。主磁極上的線圈是用來產(chǎn)生主磁通的，稱為勵(lì)磁繞組。主磁極的結(jié)構(gòu)如圖1—5a所示。

當(dāng)給勵(lì)磁繞組通入直流電時(shí)，各主磁極均產(chǎn)生一定極性，相鄰兩主磁極的極性是N、S交替出現(xiàn)的。

(二)機(jī)座

直流電機(jī)的機(jī)座有兩種形式，一種為整體機(jī)座，另一種為疊片機(jī)座。整體機(jī)座是用導(dǎo)磁率效果較好的鑄鋼材料制成的，該種機(jī)座能同時(shí)起到導(dǎo)磁和機(jī)械支撐作用。由于機(jī)座起導(dǎo)磁作用，因此機(jī)座是主磁路的一部分，成為定子鐵軛。主磁極、換向極及端蓋均固定在機(jī)座上，機(jī)座起支撐作用。一般直流電機(jī)均采用整體機(jī)座。疊片機(jī)座是用薄鋼板沖片疊壓成定子鐵軛，再把定子鐵軛固定在一個(gè)專起支撐作用的機(jī)座里，這樣定子鐵軛和機(jī)座是分開的，機(jī)座只起支撐作用，可用普通鋼板制成。疊片機(jī)座主要用于主磁通變化快，調(diào)速范圍較高的場合。

(三)換向極

換向極又稱為附加極，其結(jié)構(gòu)如圖1—5 b所示，換向極安裝在相鄰的兩主磁極之間，用螺釘固定在機(jī)座上，用來改善直流電機(jī)的換向，一般電機(jī)容量超過1kW時(shí)均應(yīng)安裝換向極。

換向極是由換向極鐵心和換向極線圈組成。換向極鐵心可根據(jù)換向要求用整塊鋼制成，也可用厚1~1.5mm厚鋼板或硅鋼片疊成，所有的換向極線圈串聯(lián)后稱換向繞組，換向繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向極數(shù)目一般與主極數(shù)目相同，但在功率很小的直流電機(jī)中，只裝主極數(shù)一半的換向極或不裝換向極。換向極極性根據(jù)換向要求確定。

(四)電刷

電刷裝置的作用是通過電刷和旋轉(zhuǎn)的換向器表面的滑動(dòng)接觸，把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與外電路連接起來。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和匯流條組成，電刷的結(jié)構(gòu)如圖1—6所示。電刷是用石墨制成的導(dǎo)電塊，放在刷握內(nèi)，用彈簧以一定的壓力將它壓在換向器的表面上。刷握用螺釘夾緊在刷桿上，刷桿裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的刷桿座上，成為一個(gè)整體部件。刷桿與刷桿座之間是絕緣的，以免正、負(fù)電刷短路。

(五)端蓋

電機(jī)中的端蓋主要起支撐作用。端蓋固定在機(jī)座上，其上放置軸承支撐直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使直流電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)。