台阶仪的构造和工作原理如图2-3所示。台阶仪属于接触式表面形貌测量仪器，它主要由触针、触针驱动装置和位置记录装置构成。图2-3台阶仪的构造和原理图触针是接触式台阶仪的关键部件，一般为针状的金刚石或宝石。由于接触式台阶仪是通过触针扫描来测量表面形貌信息的，所以触针的形状、尺寸和测量力对测量结果的影响较大。台阶仪测量过程如下。......
2023-06-20
直流电动机的构造和基本工作原理
【摘要】：电枢铁心和电枢绕组称为电枢，是直流电动机的旋转部分。换向器即是直流电动机的一个关键部件，也是区别于交流电动机的重要特征。从空载到满载，转速下降仅为额定转速的5%～10%，所以说并励直流电动机具有较硬的机械特性。
1、2—铜片
A、B—电刷
1.简单工作原理
图5-21所示为直流电动机工作原理图，在两个固定磁极之间有一个可以转动的圆柱形铁，在铁心上放有一匝线圈abcd。线圈两端头分别接在两块互相绝缘的铜片1和2上，铜片固定在轴上并与轴绝缘。这两块半圆形铜片叫换向片，组成最简单的换向器。由铁心、线圈、换向器构成的旋转体称为电枢。换向器上装有位置固定的电刷A和B，当电刷接通直流电源后，电流由电刷A经换向器和线圈，再经电刷B流回电源。线圈的两边ab和cd此时成了磁场中的载流导体，按照左手定则可确定ab和cd所受电磁力的方向，它将对电枢产生一个逆时针方向的转矩，这个转矩称为电磁转矩。在电磁转矩作用下，电枢按逆时针方向旋转。当线圈abcd转至水平位置时，换向片1和2与电刷A和B正好不接触。这时电枢无电流，但电枢的转动惯性必然会使线圈abcd越过这水平位置。此时换向片1和2将分别与电刷B和A接触，则保持了近N极的线圈边电流流进，而近S极的线圈边电流流出。这样电磁转矩方向不变，电枢就能顺着一个方向连续地旋转，这就是直流电动机转动的原理。
2.基本结构
直流电动机的结构如图5-22所示，它由固定不动的定子和转动的转子两个基本部分组成。
（1）定子 直流电动机的定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等主要部件组成。主磁极由磁极铁心和励磁绕组构成，其作用是产生一恒定的主磁场。换向极又称附加极，安装在相邻的两主磁极之间，由换向极铁心和与电枢绕组串联的换向极绕组构成，其作用是用来产生附加磁场以改善换向。机座由铸钢或厚钢板制成，其作用一是用来固定主磁极、换向极和端盖；二是作为磁路的一部分。电刷装置由电刷、刷握等零件构成，借助弹簧的作用，使固定不动的炭质电刷与旋转的换向器之间保护滑动接触，从而把外加直流电引进电枢绕组中。
图5-22 直流电动机的结构
1—风扇 2—机座 3—电枢 4—主磁极 5—电刷装置 6—换向器 7—接线板 8—出线盒 9—换向磁 10—端盖
（2）转子 直流电动机的转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器等主要部件组成。电枢铁心和电枢绕组称为电枢，是直流电动机的旋转部分。电枢铁心由硅钢片叠压而成，用来放置电枢绕组并构成磁路的一部分。电枢绕组由许多按一定规律联接的线圈组成，线圈嵌放在电枢槽内，然后与换向片相联。换向器即是直流电动机的一个关键部件，也是区别于交流电动机的重要特征。换向器由许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。电枢绕组的导线按一定规律与换向片相接。在换向器的表面装有固定不动的电刷，从而使旋转的电枢绕组与外电源相连。
3.直流电动机的类型
按励磁方式不同，可以把直流电动机分成以下几类：
（1）他励直流电动机 图5-23a是他励直流电动机的结构示意图。其励磁绕组和电枢绕组分别用两个直流电源供电，所以叫做他励电动机。图5-23中凡是磁场调节电阻。由于这种电动机运行稳定，可以实现大范围的均匀调速，常用在龙门刨床、大型铣床以及其他设备的电动机拖动。
（2）并励直流电动 并励直流电动机励磁绕组与电枢绕组并联在同一电源上，如图5-23b所示。励磁绕组承受着电枢绕组两端的全部电压，其值较高。为了减小励磁绕组的铜损耗，并励绕组采用的匝数多，导线细，以提高其电阻值。这样在保证产生足够的磁通的前提下，减小了励磁电流。
图5-23 几种直流电动机的结构
a）他励 b）并励 c）串励 d）复励
（3）串励直流电动机 串励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组串联后接在直流电源上，如图5-23c所示。由于励磁电流就是电枢电流，所以电动机中的磁通将随电枢电流的变化而变化。
（4）复励直流电动机 复励直流电动机的磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个则与电枢绕组并联，如图5-23d所示。
4.并励直流电动机运行的基本知识
并励直流电动机的励磁绕组匝数较多，直流电阻较大，这样可以减小励磁电流（图5-24a中R为励磁电流调节电阻）。而电枢绕组的电阻较小，故并励直流电动机的总电流为I=I枢+I励。I励与电源电压U成正比，与励磁电路的电阻成反比。如果外加电压和励磁电路的电阻保持不变，则主磁通也保持不变，由U=E反+I枢R枢，E反=Ceϕn，得到转速与电枢电流的关系为
n=（U-I枢R枢）/（Ceϕ）
式中 Ce——电动势常数；
ϕ——总磁通；
n——电动机转速。再将（由于电动机转矩T正比于I枢）T代替上式中的I枢，可将上式改写成
n=U/（Ceϕ）-[R枢/（Ceϕ）]T
由上式可知，在其他条件不变的情况下，并励电动机的转速将随转矩的增加而近似地按线性规律下降。但因及枢电阻很小，所以转速下降也很小，如图5-24b所示。从空载到满载，转速下降仅为额定转速的5%～10%，所以说并励直流电动机具有较硬的机械特性。并励电动机应用很广，使用中切忌在电动机运转时断开励磁电路，造成励磁电流等于零，主磁极上仅有很少的剩余磁通。此时电枢中的反电动势很小，电枢电流将急剧增加（特别是轻载时），转速也将急剧增加（俗称“飞车”），从而引起严重后果。
图5-24 并励直流电动机
a）电路 b）机械特性
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