机组电动机设计

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1、第一章 概 论直流电机是旋转电机的一种，当作为电动机运行时，由直流电源供电，驱动机械负载旋转；当作为发电机运行时，由原动机驱动，供电给各种需有直流的用电装置。微型直流电机常驻机构作为自动控制装置中的控制元件，进行机、电信号的转换。直流发电机主要作为工业部门所需要的直流电源，曾得到长期和普遍的应用。近年来，随着电子工业的发展，用可控硅整流电源来代替直流发电机已日益广泛。可控硅整流电源的主要优点是体积小、重量轻、维护少、效率高、动作速度快、调压范围宽和控制精度高等，但是它也存在缺点，如输出的电压、电流中含有脉动分量，过载能力低，搞干扰能力差等。当直流电动机采用可控硅供电时，电流中的脉动分量会导致电

2、动机过热和换向困难，不过，可以采取某些措施，促使可控硅整流电路和直流电动机在设计和使用上相互配合，这些问题是可以克服的。直流发电机虽然已被可控硅整流电源逐步取代，但是在无交流输电网络供电而需要直流电源以及如真空冶炼等特殊需要直流供电的场合，直流发电机仍然是必需的。直流电动机是拖动生产机械的一种动力设备，与交流电动机相比较，它具有良好的起动性能和调速性能，因此获得广泛的应用，并且在不断发展。解放以来，我国直流电机制造工业有了很大的发展。对于小型电机，在五十年代就有了全国统一的系列，并且不断在改进。如国内正在大量生产的系列，功率范围为0.4200千瓦，它是在原来的Z系列基础上采用E、B级绝缘材料改

3、型而成的，比Z系列节约了铜铁原材料，缩小了体积。目前又在Z2系列的基础上改型成Z3系列，采用B级新绝缘结构，进一步缩小体积，降低了转动惯量，改善了调速和换向性能。对于中型电机，已由ZD2，ZF2系列代替了原来的ZD、ZF系列，提高了技术经济指标。对于大型电机，已生产了4600千瓦、70/120转/分、额定转矩为64吨米的可逆转轧钢直流电动机，5000千瓦、500转/分的直流电动机。随着国民经济和国防建设的发展，工业生产自动化程度的不断提高，要求直流电动机具有更高的动态特性，较大的过载能力，更宽的调速范围，较低的转动惯量，不断提高产品的可靠性，耐用性和主要技术经济指标；在某些场合则要求提高大型直

4、流电机的单机功率；要求发展更多能适应特种用途和在特殊环境条件下使用的专用直流电机。由于直流电机的生产不断发展，对直流电机的要求日益提高，在直流电机设计方面应该积极开展的工作是多方面的。如结合新技术、新工艺、新材料的发展，不断改进电机的结构；提高产品的系列化，部件的通用化和零件的标准化程度；扩大电子计算机在设计上的应用；进一步对直流电机的电磁场、换向、通风散热和振动噪声等问题的研究等。 11直流电机的特点和用途一、直流电机的特点和其它旋转电机一样，一般的直流电机在结构上具有旋转部分和静止部分；在作用原理上实现电能的转换；在性能上使发电机的电压或电动机的转速能满足使用要求。除此之外，直流电机还有其

5、他特点。直流电机在结构上的特点是：具有旋转的电枢和换向器；旋转的换向器和静止的电刷装置间构成滑动接触，使外电路和电枢绕组相联通；磁极是静止的，它所产生的磁场是稳定的。直流电机的磁极可以用具有励磁绕组的铁心做成，也可以用永久磁钢做成，前者用于一般的直流电机，后者常用于控制有直流电机或特种直流电机。励磁绕组有并励绕组和串励绕组两类，根据它们的不同联接情况可以形成他励、并励、串励和复励四种不同的励磁方式。不同的励磁方式使直流电机具有不同的特性，可以适应不同的用途。直流电机的大小一般按电枢直径尺寸来划分：电枢直径小于或等于568毫米的，通称为小型直流电机；电枢直径大于368毫米而又小于或等于990毫米

6、的，通称为中型直流电机；电枢直径大于900毫米的，通称为大型直流电机。直流电动机在性能方面的特点是：能够在宽广范围内平滑而又方便地无级调速；可实现频繁的快速起动、制动和反转；具有较高的过载能力，能够承受频繁的冲击负载；能适应生产过程自动化的要求，根据不同设备的需要而制造出满足其特殊要求的运行特性。直流发电机在性能方面的特点是：输出电压易于调节或控制；能够满足不同控制系统所要求电源特性；具有较大的过载能力。二、直流电机的用途直流电动机广泛用于矿山机械、冶金、轧钢、起重。船舶、电传动机车、机床、纺织、印染、造纸、印刷、水泥和化工等工业设备中需要宽广调速的动力系统和自动化控制系统。直流发电机常作为直

7、流供电电源和同步电机的励磁机等。具体来说，他励或并励电动机用于起动转矩不在的恒速负载或要求调速的传动系统，如离心泵、风扇、金属切削机床、纺织印染机械造纸机和印刷机等。复励电动机用于起动转矩较大而转速变化不大的负载，如空气压缩机和冶金辅助传动机械等。串励电动机用于高起动转矩，转速允许有较大变化的负载，如蓄电池供电车、起货机、起锚机、电车、电传动机车等。他励发电机常用于电动机发电机电动机系统中，实现直流电动机的宽广调速。并励发电机常驻作为充电、冶炼、电解、电镀等用的直流电源。积复励发电机常作为电压变化较小的一般直流供电电源。 12直流电机的结构直流电机结构如图11所示。其主要组成部分有：（1） 定

8、子部分：包括机座、主磁极、换向极和补偿绕组等；（2） 电枢部分：包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等；（3） 电刷装置部分：包括电刷、刷握、刷杆和导电环等；（4） 机械支撑部分：包括转轴、端盖、轴承和底板等；（5） 通风和防护装置部分：包括风扇或风机、冷却器、过滤器、防护端罩和档风板等。这些零件要能够承受电机的机械负载（包括冲击性负载、电磁力和振动等）、电磁负载（包括过电压和过电流等）和热负载。有些零部件尺寸要经过计算后才能确定，有些则根据实践经验选取。合理的结构可以提高电机动行的可靠性、节约材料、提高劳动生产率和便于维护。各种直流电机的结构是基本相似的，但也随功率大小、转速高低、冷却方式、防护方

9、式、防护类型、运行特性、安装型式与运输要求等因素而有所差异。常见的大、中、小型直流电机在结构上的某些主要差别是：（1） 通风冷却方式：中小型电机一般用自冷或自扇式通风：而大型电同普遍采用强制循环通风或直通式通风；（2） 定子机座结构方面：中小型电机常用铸钢、钢板焊接或叠片整体结构机座；而大型电机用铸钢、钢板焊接或叠片式分半结构机座；（3） 电枢铁心结构方面：中小型电机用整圆冲片、叠片铁心直接套装在滚花或带键的轴上：部分中型电机采用整圆冲片叠装在电枢支架上；大型电机用扇形电枢冲片拼合成圆，冲片与支架间用切向和径向楔键或鸽尾筋固定；（4） 轴承型式方面：小型电机常用滚动轴承；大中型电机用座式滑动轴

10、承。对载荷较大的滑动轴承，采用油盘式带油润滑和高压油泵顶起装置；（5） 换向器方面：小型电机常采用塑料换向器、铆接式换向器或螺帽紧固式换向器，换向器直接套装在轴上；大型电机采用长螺杆紧固的拱式换向器或分段换向器，换向器县挂地固定在电枢支架上。（6） 电刷装置方面：小型电机的电刷装置固定在端盖上，刷握一般用直刷盒；部分中型电机及大型电机的刷握形式有直刷盒、斜刷盒；大型电机的电刷装置为分半结构，固定于定子机座或独立的支架上；（7） 轴与原动机或传动机械负载的联接负载方式：小型电机一般采用弹性联接；大型电机采用刚性联接。一、 定子结构直流电机定子的作用是用来产生磁场，并作为机械的支撑。它主要由机座、

11、主磁极铁心和线圈、换向极铁心和线圈、补偿绕组、定子引线电缆等零部件组成。1 机座直流电机的机座是磁路的组成部分，也是固定主磁极、换向极、端盖（罩）等零部件的支撑件。它一般由导磁性能较好的铸钢或钢板焊接构成。机座壁厚主要取决于磁通密度的大小，同时也应有足够的刚度，使电机运行时不产生有害的变形和振动。2 主磁极主磁极的作用是产生主磁通，它由铁心、线圈、磁极压板、极身绝缘和紧固件组成。主磁极一般是用螺栓固定在机座上。主磁极铁心常12毫米的薄钢板冲制而成，以减少其表面的铁耗和减少励磁的时间常数。为了冲片叠压时的压力均匀分布，在磁极两面安放磁极压板，其厚度按磁极的面积和长度而定，大中型电机一般在620毫