圖解直流電機(jī)，直流電機(jī)電機(jī)結(jié)構(gòu)模型與縱向剖視圖圖解

　　直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動機(jī)。因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機(jī)按勵(lì)磁方式分為永磁、他勵(lì)和自勵(lì)3類，其中自勵(lì)又分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。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)它作電動機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動機(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。

　　直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。

　　他勵(lì)

　　勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，接線如圖1.23（a）所示。圖中M表示電動機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。

　　并勵(lì)

　　并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動機(jī)來說，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動機(jī)相同。

　　串勵(lì)

　　串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。

　　復(fù)勵(lì)

　　復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。

　　不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動機(jī)的主要勵(lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式，直流發(fā)電機(jī)的主要勵(lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和和復(fù)勵(lì)式。

　　直流電機(jī)的物理模型圖

　　這是分析直流電機(jī)的物理模型圖。

　　其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。（其中2個(gè)小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的）

　　上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)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(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)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(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

　　直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖解

　　直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為靜止和轉(zhuǎn)動兩部分，靜止部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子（也稱電樞）。圖1 與圖2分別為直流電機(jī)的縱剖面示意圖和橫剖面示意圖。

　　直流電機(jī)定子部分包括機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等；轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇和轉(zhuǎn)軸等。

　　直流電機(jī)的部件功能

　　1、主磁極

　　主磁極用來產(chǎn)生氣隙磁場，并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(lì)磁繞組。主磁極鐵芯由１mm～1.5mm 厚的低碳鋼薄板沖片疊壓而成。勵(lì)磁繞組用圓形或矩形純銅絕緣電磁線制成。各磁極的勵(lì)磁繞組串聯(lián)連接成一路，以保證各主極勵(lì)磁繞組的電流相等。

　　大的直流電機(jī)在極靴上開槽， 槽內(nèi)嵌放補(bǔ)償繞組，與電樞繞組串聯(lián)，用以抵消極靴范圍內(nèi)的電樞反應(yīng)磁動勢，從而減少氣隙磁場的畸變，改善換向，提高電機(jī)運(yùn)行可靠性。

　　2、換向極

　　也稱附加極，用于改善直流電機(jī)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厚的低碳鋼薄板沖片疊壓而成。換向極繞組必須和電樞繞組相串聯(lián)，由于要通過的電樞電流較大，通常采用較粗的矩形截面導(dǎo)體繞制而成。換向極安裝在兩相鄰主極之間，其數(shù)目一般與主極數(shù)相等。小功率直流電機(jī)可不裝換向極。

　　3、機(jī)座

　　直流電機(jī)的機(jī)座用來固定主極、換向極、端蓋等，并借助底腳將電機(jī)固定在基礎(chǔ)上。

　　同時(shí)，直流電機(jī)的機(jī)座是磁極間的磁通路徑（稱為磁軛），所以用導(dǎo)磁性好、機(jī)械強(qiáng)度較高的鑄鋼或厚鋼板制成，不能采用鑄鐵。

　　4、電樞鐵芯

　　電樞鐵心用來通過磁通并嵌放電樞繞組，是主磁路的一部分。由于轉(zhuǎn)子在定子主磁極產(chǎn)生的恒定磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此電樞鐵芯內(nèi)的磁通是交變的，為減少渦流和磁滯損耗，通常用兩面涂絕緣漆的 0.5mm 硅鋼片疊壓而成。沖片上有均勻分布的嵌放電樞繞組的槽和軸向通風(fēng)孔。

　　5、電樞繞組

　　電樞繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。容量較小的直流電機(jī)的電樞繞組用圓形電磁線繞制而成，而大多數(shù)直流電機(jī)的電樞繞組均用矩形絕緣導(dǎo)線繞制成定形線圈，然后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(zhuǎn)時(shí)離心力的作用，繞組在槽內(nèi)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扎緊在線圈支架上。

　　6、換向器

　　換向器是直流電機(jī)特有的關(guān)鍵部件，將電樞繞組內(nèi)部的交流電勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。換向器的質(zhì)量好壞將直接影響直流電機(jī)的運(yùn)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(jié)構(gòu)形式，換12 向器由 V 型套筒、換向片、云母片（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(huán)氧樹脂熱壓成整體。電樞繞組端部嵌放在換向片端部槽內(nèi)，并焊接在一起。

　　7、電刷裝置

　　電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握上的刷盒內(nèi)，用彈簧將電刷壓緊與換向器表面緊密接觸，保證電樞轉(zhuǎn)動時(shí)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(zhuǎn)動的電樞繞組和靜止的外電路聯(lián)通。

　　8、氣隙

　　定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙是主磁路一部分，其大小直接影響運(yùn)行性能。由于氣隙磁場由直流勵(lì)磁產(chǎn)生，因此直流電機(jī)的氣隙可比異步電動機(jī)大得多，小型直流電機(jī)為 1～3 mm，大型直流電機(jī)可達(dá) 12mm。

　　直流電機(jī)縱向剖視圖圖解

　?。?）換向極

　　換向極的作用是改善換向，減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個(gè)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(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數(shù)目與主磁極相等。

　?。?）機(jī)座

　　電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座，見圖中的3。機(jī)座的作用有兩個(gè)：一是用來固定主磁極。換圖第五節(jié)　主磁極的結(jié)構(gòu)

　　向極和端蓋，并起整個(gè)電機(jī)的支撐和固定作用；　1—主磁極　2—勵(lì)磁繞組　3—機(jī)座

　　二是機(jī)座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機(jī)座具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。

　?。?）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。刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。

　　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(zhuǎn)子（電樞）

　?。?）電樞鐵心

　　電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成（沖片的形狀如圖4（a）所示），以降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。

　?。?）電樞繞組

　　電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈（以下稱元件）按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強(qiáng)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(jìn)行綁扎。

　?。?）換向器

　　在直流電動機(jī)中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配以

　　電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正。負(fù)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，換向片之間用云母片絕緣，換向

　　圖5　電樞槽的結(jié)構(gòu)　1—槽楔2—線圈絕緣3—電樞導(dǎo)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，兩端用鋼制V形套筒和V形云母環(huán)固定，再用螺母鎖緊。

　?。?）轉(zhuǎn)軸

　　轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。