第3章　直流电动机

3.1　直流电动机的基本原理

3.1.1　直流电机的用途与结构

直流电机是将直流电能和机械能相互转化的旋转电机，它可用作电动机或发电机。

直流发电机能提供直流电源，如用作同步发电机的励磁机，蓄电池的充电机，专用的可调压直流电源、电解、电镀的低压大电流直流电源等。随着晶闸管整流电源的发展和完善，直流发电机在许多领域中被替代，只在一些特定场合仍具有一定的重要性。

直流电动机具有良好的启动、调速和正反转特性，能满足生产过程的各种特殊要求，因而在需要宽广调速的场合和有特殊要求的自动控制系统中，占有突出的应用地位。

直流电机由定子与转子两大部分构成，两者之间存在气隙。定子主要用来建立主磁场，并作为电机的机械支撑，包括主磁极、换向极、机座（磁轭）、端盖和电刷装置等部件。转子主要包括电枢铁芯、电枢绕组和换向器等部件，用来产生感应电动势、流通电流、产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。图3.1为直流电机的主要结构。

1.定子

（1）主磁极。简称主极，用来产生主磁场，由主极铁芯和套在铁芯上的励磁绕组构成，如图3.2所示。铁芯由1～1.5mm厚的钢片冲叠而成，并用铆钉紧固成整体，套上励磁绕组后，用螺栓固定在机座上。励磁绕组是用绝缘导线绕制而成的集中绕组，它通入直流励磁电流后产生恒定磁场。主极极靴表面与电枢外圆表面间的气隙通常是不均匀的，在主极中心线处最小，朝着极靴边缘气隙逐渐扩大。

（2）换向极。用来产生换向区磁场以改善直流电机换向性能。其铁芯由整块锻钢或者厚钢片冲叠成，铁芯上套置换向极绕组，该绕组是用绝缘扁导线制成的集中绕组，且匝数较少，与电枢绕组串联，如图3.3所示。换向极安装在相邻主极的平分线上，换向极数等于主极数。换向极极面下的气隙往往较主极极面下气隙大。

（3）机座。它是由钢板焊接而成的定子部分外壳，对定子各部件起支撑作用，同时它还是闭合磁路的一部分，起导磁作用，如图3.4所示。

（4）电刷装置。它是固定电刷的装置，由刷握、刷杆、座圈等部件组成。电刷置于刷握上的刷盒中，用压力弹簧压住电刷，使电刷与换向器表面保持有适当压力的滑动接触。刷握固定在刷杆上，刷杆固定在座圈上，二者应妥善绝缘。大型电机座圈安装在机座上，小型电机则常装在端盖内，座圈位置可适当调整，以保证电刷安放位置适当。刷杆数等于主极数。

2.转子

转子又称电枢，如图3.5所示。

（1）电枢铁芯。主要用来嵌放绕组和构成电机的磁路。电枢旋转时，电枢铁芯上磁场是交变的，为了减少铁损耗，用两面涂有绝缘漆的、厚度为0.35～0.5mm的硅钢冲片叠压组成。图3.6给出了冲片形状，可见其外圆上开槽，中间有轴向通风孔，以改善铁芯冷却条件。

（2）电枢绕组。它由许多绝缘导线绕制成线圈按确定规律与换向器连接构成。通常小型电机用圆导线制成线圈，嵌放在梨形槽中，较大容量电机则用矩形截面导线预做出成型线圈，嵌放在矩形槽中，如图3.7所示。

（3）换向器。由楔形截面的铜换向片拼装而成，构成圆柱体。一般换向片上有升高片，每个升高片与两个不同线圈端头焊接。片与片间用云母绝缘，换向片下部的鸠尾垫上云母绝缘，用V形钢环和螺旋压圈将全部换向片紧固成圆柱体，如图3.8（b）所示，这种结构的换向器称为拱式换向器，是常用的一种。