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直流电机的工作原理(3V直流电机-6V直流电机-12V直流电机)

信息来源:直线丝杆步进电机供应商科瑞通电子    添加时间:2018-10-09
直流电机的工作原理(3V直流电机-6V直流电机-12V直流电机)-步进电机供应商科瑞通电子

直流电机的基本工作原理直流励磁的磁路在电工设备中的应用,除了直流电磁铁(直流继电器、直流接触器等)外,最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发电机;锅炉给粉机的原动机是直流电机。此外,在许多工业部门,例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等,通常都采用直流电机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源,向负载输出电能;直流电机则是作为原动机带动各种生产机械工作,向负载输出机械能。在控制系统中,直流电机还有其它的用途,例如测速电机、伺服电机等。虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同,但是它们的结构基本上一样,都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题,消耗有色金属较多,成本高,运行中的维护检修也比较麻烦。因此,电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能,并且大量代替直流电机。不过,近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面,已经取得了很大进展。包括直流电机在内的一切旋转电机,实际上都是依据我们所知道的两条基本原则制造的。一条是:导线切割磁通产生感应电动势;另一条是:载流导体在磁场中受到电磁力的作用。因此,从结构上来看,任何电机都包括磁场部分和电路部分。从上述原理可见,任何电机都体现着电和磁的相互作用,是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。我们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理,就是讨论直流电机中的“磁”和“电”如何相互作用,相互制约,以及体现两者之间相互关系的物理量和现象(电枢电动势、电磁转矩、电磁功率、电枢反应等)。一、直流发电机的基本工作原理直流发电机和直流电机具有相同的结构,只是直流发电机是由原动机(一般是交流电动机)拖动旋转而发电。可见,它是把机械能变为电能的设备。直流电机则接在直流电源上,拖动各种工作机械(机床、泵、电车、电缆设备等)工作,它是把电能变为机械能的设备。但是,当前已经有可控硅整流装置替代了直流发电机,为了能使大家更好的理解直流电动机,有必要同时讲述一下直流发电机的原理。我们首先来观察直流发电机是怎样工作的。如图1所示,电刷A、B分别与两个半园环接触,这时A、B两电刷之间输出的是直流电。我们再来看看这时线圈在磁极之间运动的情况。从图1(a)可以看出,当线圈的ab边在N极范围内按逆时针方向运动时,应用发电机右手定则,这时所产生的电动势是从b指向a。这时线圈的cd边则是在S极范围内按逆时针方向运动,依据发电机右手定则可以判断,cd边中的感应电动势方向是从d指向c。从整个线圈来看,感应电动势的方向是d-c-b-a。因此,和线圈a端连接的铜片1和电刷A是处于正电位;而和线圈的d端连接的铜片2和电刷B是处于负电位。如果接通外电路,那么电流就从电刷A经负载流入电刷B,与线圈一起构成闭合的电流通路。当线圈的ab边转到S极范围内时,cd边就转到N极范围内(图1,b),用右手定则判断可以知道,这时线圈cd边中产生的电动势方向是从c到d,而ab边转到了S极范围内,其中电动势的方向则是有a到b。由于电刷在空间是不动的,因此和线圈d端连接的铜片2和电刷A接触,它的电位仍然是正。而与线圈a端连接的铜片1则和电刷B接触,它的电位仍然是负。接通外电路时,电流仍然是从电刷A经负载流入电刷B,与线圈一起构成闭合的电流通路。不过,要注意到这时线圈内的电流已经反向了。由此可知,当线圈不停地旋转时,虽然与两个电刷接触的线圈边不停的变化,但是,电刷A始终是正电位,电刷B始终是负电位。因此,有两电刷引出的是具有恒定方向的电动势,负载上得到的是恒定方向的电压和电流。也就是说,尽管线圈abcd中感应电动势的方向不断交变,但是电刷A总是和处在N极范围内的线圈边接触,电刷B总是和处在S极范围内的线圈边相接触,它们的极性始终不变。于是,线圈中的交流电经过铜片和电刷整流后,便成为外电路中的直流电了。这两个半圆形的铜片就叫做换向片,它们合在一起叫做换向器。二、直流电动机的基本工作原理上面已经讨论了直流发电机的工作原理,现在再来讨论直流电动机是怎样工作的。如果直流电机的转子不用原动机拖动,而把它的电刷A、B接在电压为U的直流电源上(如图2所示),那么会发生什么样的情况呢?从图上可以看出,电刷A是正电位,B是负电位,在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b,在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。前面已经说过,载流导体在磁场中要受到电磁力的作用,因此,ab和cd两导体都要受到电磁力Fde的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向,利用电动机左手定则判断,ab边受力的方向是向左,而cd边则是向右。由于磁场是均匀的,导体中流过的又是相同的电流,所以,ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样,线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时,线圈中的电流等于零,电磁力等于零,但是由于惯性的作用,线圈继续转动。线圈转过半州之后,虽然ab与cd的位置调换了,ab边转到S极范围内,cd边转到N极范围内,但是,由于换向片和电刷的作用,转到N极下的cd边中电流方向也变了,是从d流向c,在S极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此,电磁力Fdc的方向仍然不变,线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见,分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的,因此,线圈两个边的受力方向也不变,这样,线圈就可以按照受力方向不停的旋转了,通过齿轮或皮带等机构的传动,便可以带动其它工作机械。从以上的分析可以看到,要使线圈按照一定的方向旋转,关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时(也就是导体经过中性面后),导体中电流的方向也要同时改变。换向器和电刷就是完成这个任务的装置。在直流发电机中,换向器和电刷的任务是把线圈中的交流电变为直流电向外输出;而在直流电动机中,则用换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见,换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。当然,在实际的直流电动机中,也不只有一个线圈,而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中,当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动,就带动整个转子旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。比较直流发电机和直流电动机的工作原理可以看出,它们的输入和输出的能量形式不同的。正如前面已经说过,直流发电机由原动机拖动,输入的是机械能,输出的是电能;直流电动机则是由直流电源供电,输入的是电能,输出的是机械能。

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