直流电机的结构和原理PPT
直流电机概述直流电机（Direct Current Machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转...
直流电机概述直流电机（Direct Current Machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。直流电机有定子和转子两大部分组成，定子上有磁极（绕组式或永磁式），转子有绕组，通电后，转子上也形成磁场（磁极），定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场（N极和S极之间）的相互吸引下，使电机旋转。改变电刷的位置，就可以改变定转子磁极夹角（假设以定子的磁极为夹角起始边，转子的磁极为夹角终止边，电刷位于夹角之内）也就是改变了通电导体的位置，从而改变旋转方向。直流电机的转子通常做成鼠笼状。当直流电通入转子绕组时，就形成了闭合的载流导体。若将载流导体置于磁场中，则根据载流导体在磁场中的受力规律，载流导体将受到一个电磁力F的作用。直流电机的工作原理直流电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器及时转换为直流电动势，从而使具有矩形波脉冲电动势的直流电动机能够连续旋转下去。但和一般电动机一样，若使电机连续旋转，则电机内部必须有磁场；而在直流电机中，这个磁场是由固定磁极产生的。同时，直流电机工作时，线圈和换向器必须及时换向，即当线圈刚转过平衡位置时，换向器就能自动改变线圈中的电流方向。直流电机的结构直流电机主要由定子和转子两部分组成。定子由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。转子（电枢）由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成。1. 定子定子由主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置等组成。主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的磁极铁芯构成。换向极也称附加极或间极，它装在每个主磁极的附近，用来改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的火花，一般由磁极铁芯和换向绕组组成。换向绕组用绝缘铜线绕制而成，套在换向铁芯上，换向铁芯用薄钢板冲片叠压紧固而成。换向极绕组与电枢绕组串联或并联，其匝数较少，导线较粗，产生的磁势较弱。机座是构成直流电机磁路的另一部分，同时用做电机的外壳和机械整机的支撑结构。大修的电机，在机座的止口面处常有因运行日久产生的严重磨损和研痕，必须修复止口面的几何形状和尺寸，才能保证电枢的装配位置和电枢铁芯的直线度，以及定、转子气隙的均匀性。端盖用铸铁或铸钢制成，用来固定主磁极和换向极，并构成电机的外壳，起着支撑和固定的作用。轴承是用来支撑电枢并使电机转子能在定子内自由转动的部件。轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，其中滚动轴承的转动灵活，摩擦损失小，多用于转速较高的电机中；滑动轴承的径向尺寸较大，适用于低速电机。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷是电机的重要零件之一，它的作用是将直流电源通过换向器引入电枢绕组，使电枢电流的方向按一定的规律变化，以产生恒定方向的电磁转矩，使电机连续不断地旋转。2. 转子转子主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器和转轴等部件组成。电枢铁芯是主磁路的主要部分，同时用做电枢绕组的支撑结构。它由一定数目的冲片叠压而成，冲片上有冲制好的槽，用以嵌放电枢绕组。大型电机采用辐射式铁芯，这种铁芯由中心柱和辐条组成，小型直流电机采用叠片式铁芯，这种铁芯由许多冲片叠压而成。电枢绕组是直流电机的电路部分，也是感生电动势和产生电磁转矩进行机电能量转换的主要部件。电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律嵌放在电枢铁芯的槽中，并与换向器相连接。电枢线圈的数目越多，产生的电磁转矩就越大。换向器是直流电机的重要部件之一，由许多换向片组成，换向片之间用云母片绝缘。换向器的作用是将电枢绕组中的电流按一定的规律进行换向，使电流始终从电刷流入并从电刷流出，以保证电枢磁场方向始终与主磁场方向一致，从而使电机连续不断地旋转。转轴是支撑转子的部件，也是传递转矩的部件。转轴通常由合金钢制成，具有足够的机械强度和刚度，以保证电机在运行时转轴的稳定性。直流电机的分类直流电机有多种分类方式，常见的分类方式有以下几种：1. 按励磁方式分类他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机并励直流电机励磁绕组与电枢绕组相并联的直流电机称为并励直流电机串励直流电机励磁绕组与电枢绕组串联起来共同由同一直流电源供电，这种直流电机称串励直流电机复励直流电机复励直流电势电机有并励和串励两个励磁绕组，若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励2. 按反电势的性质分类直流发电机能将机械能转变为直流电能的旋转电机直流电动机能将直流电能转换为机械能（直流电动机的旋转运动）的旋转电机直流换向器能将直流电能转换为交流电能的旋转电机3. 按结构和工作原理分类无刷直流电动机无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷有刷直流电动机有刷直流电动机是采用电刷换向的直流电机的应用直流电机具有调速性能好、起动转矩大、维护方便等优点，因此在许多领域得到广泛应用，如：工业领域直流电机被广泛应用于各种工业设备中，如机床、起重机、卷扬机、压缩机、泵等交通运输直流电机在交通运输领域也有广泛应用，如电动车辆、船舶、飞机等电力系统直流电机在电力系统中用作发电机，将机械能转换为电能，为电力系统提供稳定的电力供应控制系统直流电机也被用作执行元件，在自动控制系统中实现各种运动控制直流电机的发展趋势随着科技的发展，直流电机也在不断地改进和创新。以下是一些直流电机的发展趋势：高效节能通过优化电机设计、提高材料利用率、降低能量损耗等方式，提高直流电机的工作效率，实现节能降耗小型化轻量化随着应用领域的不断扩大，对直流电机的小型化和轻量化需求也越来越高。通过采用新材料、新工艺等手段，实现电机的轻量化和小型化高可靠性提高电机的可靠性和稳定性，减少故障率，降低维护成本，是直流电机发展的重要方向之一智能化将智能控制技术应用于直流电机中，实现电机的智能化控制，提高电机的性能和稳定性总结直流电机作为一种重要的电力转换和传动装置，在各个领域都有广泛的应用。通过了解其结构、原理、分类、应用和发展趋势，可以更好地理解直流电机在现代社会中的重要性和价值。随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，直流电机也将不断发展和创新，为人类社会带来更多的便利和发展机遇。 七、直流电机的控制技术直流电机的控制技术随着现代电子技术和控制理论的发展而不断演进。从基础的电压和电流控制，到高级的速度、位置和力控制，直流电机的控制方法日益丰富和精确。1. 开环控制开环控制是最简单的控制方式，通过直接控制电机的输入电压或电流来调节电机的转速或转矩。这种方式响应速度快，但精度和稳定性较低，适用于对控制精度要求不高的场合。2. 闭环控制闭环控制通过引入反馈机制，实时检测电机的转速、位置或电流等参数，并与设定值进行比较，然后根据误差调整控制信号，使电机运行更加精确和稳定。常见的闭环控制方法有PID控制、模糊控制等。3. 矢量控制矢量控制（也称为场向量控制）是一种先进的控制策略，它通过对电机的磁通和转矩进行独立控制，实现电机的高性能运行。矢量控制可以实现电机的宽范围调速、快速动态响应和高效率。4. 直接转矩控制直接转矩控制是一种基于瞬时转矩和磁链控制的策略，它直接控制电机的转矩，具有响应速度快、控制精度高等优点。但直接转矩控制对电机参数的依赖性较强，对参数变化的适应性较差。5. 智能控制随着人工智能技术的发展，智能控制方法在直流电机控制中也得到了广泛应用。如模糊控制、神经网络控制、遗传算法等，这些智能控制方法可以根据电机的运行状态和外部环境自适应地调整控制策略，提高电机的控制性能和鲁棒性。直流电机的维护与保养为了保持直流电机的正常运行和延长其使用寿命，定期的维护与保养是必不可少的。以下是一些常见的直流电机维护与保养措施：定期清洁定期清除电机表面的灰尘和污垢，保持电机的清洁检查电刷和换向器定期检查电刷和换向器的磨损情况，如有必要进行更换。同时，确保电刷与换向器之间的接触良好，避免产生火花检查轴承和润滑定期检查轴承的运转情况，如有异响或温度过高，应及时处理。同时，定期加注或更换润滑油，确保轴承的正常运转检查电气连接定期检查电机的电气连接是否紧固可靠，避免松动或接触不良导致故障定期运行对于长期停用的电机，应定期启动运行一段时间，以避免电机受潮或生锈直流电机的未来展望随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，直流电机在未来仍将继续发挥重要作用。以下是对直流电机未来发展的几点展望：高效节能随着环保意识的日益增强和能源资源的日益紧缺，高效节能将是直流电机未来发展的重要方向。通过新材料、新工艺、新结构等手段，不断提高电机的效率，降低能耗，为可持续发展做出贡献智能化随着人工智能、物联网等技术的快速发展，未来直流电机将更加注重与智能化技术的融合。通过引入智能控制算法和传感器技术，实现电机的智能化运行和维护，提高电机的性能和可靠性绿色环保随着环保要求的不断提高，直流电机在设计和制造过程中将更加注重环保和可持续发展。通过使用环保材料、降低噪音和振动、减少电磁干扰等手段，降低电机对环境的影响应用领域拓展随着新能源、航空航天、智能制造等领域的快速发展，直流电机在这些领域的应用将不断拓展。同时，随着电机技术的不断进步和创新，直流电机将在更多领域发挥重要作用综上所述，直流电机作为一种重要的电力转换和传动装置，在未来的发展中仍具有广阔的应用前景和发展空间。通过不断创新和改进，直流电机将为人类社会带来更多的便利和发展机遇。
