直流電動(dòng)機工作原理與結構
直流電動(dòng)機工作原理與結構
??????? 圖1 直流電動(dòng)機模型
??? 圖1是一個(gè)最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機模型。在一對靜止的磁極N和S之間，裝設一個(gè)可以繞Z-Z'軸而轉動(dòng)的圓柱形鐵芯，在它上面裝有矩形的線(xiàn)圈abcd。這個(gè)轉動(dòng)的部分通常叫做電樞。線(xiàn)圈的兩端a和d分別接到叫做換向片的兩個(gè)半圓形銅環(huán)1和2上。換向片1和2之間是彼此絕緣的，它們和電樞裝在同一根軸上，可隨電樞一起轉動(dòng)。A和B是兩個(gè)固定不動(dòng)的碳質(zhì)電刷，它們和換向片之間是滑動(dòng)接觸的。來(lái)自直流電源的電流就是通過(guò)電刷和換向片流到電樞的線(xiàn)圈里。
???? 圖2 換向器在直流電機中的作用
??? 當電刷A和B分別與直流電源的正極和負極接通時(shí)，電流從電刷A流入，而從電刷B流出。這時(shí)線(xiàn)圈中的電流方向是從a流向b，再從c流向d。我們知道，載流導體在磁場(chǎng)中要受到電磁力，其方向由左手定則來(lái)決定。當電樞在圖*-*（a）所示的位置時(shí)，線(xiàn)圈ab邊的電流從a流向b，用表示，cd邊的電流從c流向d，用⊙表示。根據左手定則可以判斷出，ab邊受力的方向是從右向左，而cd邊受力的方向是從左向右。這樣，在電樞上就產(chǎn)生了反時(shí)針?lè )较虻霓D矩，因此電樞就將沿著(zhù)反時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng)起來(lái)。
??? 當電樞轉到使線(xiàn)圈的ab邊從N極下面進(jìn)入S極，而cd邊從S極下面進(jìn)入N極時(shí)，與線(xiàn)圈a端聯(lián)接的換向片1跟電刷B接觸，而與線(xiàn)圈d端聯(lián)接的換向片2跟電刷A接觸，如圖2（b）所示。這樣，線(xiàn)圈內的電流方向變?yōu)閺膁流向c，再從b流向a，從而保持在N極下面的導體中的電流方向不變。因此轉矩的方向也不改變，電樞仍然按照原來(lái)的反時(shí)針?lè )较蚶^續旋轉。由此可以看出，換向片和電刷在直流電機中起著(zhù)改換電樞線(xiàn)圈中電流方向的作用。
??? 圖1所示的直流電動(dòng)機，只有一匝線(xiàn)圈，它所受到的電磁力是很小的，而且有較大的脈動(dòng)。如果由直流電源流入線(xiàn)圈的電流大小不變，磁極磁密在垂直于導體運動(dòng)方向的空間按正弦規律分布，電樞為勻速轉動(dòng)時(shí)，此電機有電流和磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉矩隨時(shí)間變化的波形，如圖*所示。由圖可以看出，轉矩是變化的，除了平均轉矩外，還包含著(zhù)交變轉矩。為了克服這些缺點(diǎn)，實(shí)際的電動(dòng)機都是由很多匝線(xiàn)圈組成，并且按照一定的聯(lián)接方法分布在整個(gè)電樞表面上，通常稱(chēng)為電樞繞組。隨著(zhù)線(xiàn)圈數目的增加，換向片的數目也相應地增多，由許多換向片組合起來(lái)的整體叫做換向器。
??????? 圖* 平均電磁轉矩的產(chǎn)生
????由上可知，直流電動(dòng)機工作時(shí)，首先需要建立一個(gè)磁場(chǎng)，它可以由永久磁鐵或由直流勵磁的勵磁繞組來(lái)產(chǎn)生。由永久磁鐵構成磁場(chǎng)的電動(dòng)機叫永磁直流電動(dòng)機。對由勵磁繞組來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的直流電動(dòng)機，根據勵磁繞組和電樞繞組的聯(lián)接方式的不同，分為他勵電動(dòng)機、并勵電動(dòng)機、串勵電動(dòng)機、復勵電動(dòng)機。他勵電動(dòng)機是電樞與勵磁繞組分別用不同的電源供電，如圖4（a）所示，永磁直流電動(dòng)機也屬于這一類(lèi)。并勵電動(dòng)機是指由同一電源供電給并聯(lián)著(zhù)的電樞和勵磁繞組，如圖4（b）所示。串勵電動(dòng)機的勵磁繞組和電樞繞組相串聯(lián)，串勵繞組中通過(guò)的電流和電樞繞組的電流大小相等，如圖4（c）所示。復勵電動(dòng)機是既有并勵繞組又有串勵繞組，并勵繞組和串勵繞組的磁勢可以相加，也可以相減，前者稱(chēng)為積復勵，后者稱(chēng)為差復勵，如圖4（d）所示。
?????? 圖4 直流電動(dòng)機按勵磁分類(lèi)接線(xiàn)圖
?。╝）他勵 （b）并勵 （c）串勵 （d）復勵
直流電動(dòng)機工作原理與結構
??? 近幾十年來(lái)，隨著(zhù)永磁材料的發(fā)展，尤其是稀土永磁的相繼問(wèn)世，其磁性能有了很大提高。與電勵磁電機相比，永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結構簡(jiǎn)單，運行可靠；體積小，重量輕；損耗小，效率高；電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。
本節主要敘述串勵式雙轉直流電動(dòng)機。
1-前支承 2－磁系統線(xiàn)圈 *－后支承 4－電樞 *－軸承
????????? 圖* 電動(dòng)機原理結構
1-轉子軸承 2－滑環(huán) *－換向器電刷 4－磁系統 *－電樞 6－磁系統軸承 *－外軸
8－內軸 *－磁繞組 10－殼體 11－換向器 12－滑環(huán)電刷
?????????? 圖6 電動(dòng)機結構簡(jiǎn)圖
???? 圖*所示。電動(dòng)機裝在支承座或殼體內，電動(dòng)機在其上轉動(dòng)。而電動(dòng)機通過(guò)支承座（或殼體）固定.
????電動(dòng)機本體由磁系統、轉子（電樞）、換向器、電刷等組成。圖4是有外殼的串勵式電動(dòng)機剖面簡(jiǎn)圖。
??? 磁系統是用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的，當電樞的磁通在此磁場(chǎng)內相互作用時(shí)，產(chǎn)生作用力矩及反作用力矩，使電樞和磁系統轉動(dòng)，并且二者轉動(dòng)方向相反。磁系統由鐵心和激磁繞組組成。磁系統有主磁極和輔助磁極兩部分。主磁極的作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁極的磁通即由繞在其上的繞組線(xiàn)圈所產(chǎn)生。輔助磁極的功用是產(chǎn)生補充磁通，以改善換向性能。因為當電樞繞組中的線(xiàn)圈電流在換向時(shí)，與線(xiàn)圈相聯(lián)的換向片同電刷之間會(huì )產(chǎn)生火花。為了減少火花，改善換向性能，通常在兩主極之間均裝有一輔助磁極，也可稱(chēng)換向磁極。
??? 電樞也是用來(lái)產(chǎn)生磁通的，它由電樞鐵心和繞組線(xiàn)圈組成。電樞鐵心作為磁的通路及嵌放電樞繞組之用。當電樞在磁場(chǎng)中旋轉時(shí)，鐵心中的磁通方向不斷變化，因而也會(huì )產(chǎn)生渦流及磁滯損耗，為了減少渦流損耗，電樞鐵心一般用0.*或0.**mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片迭壓而成。電樞繞組是由許多個(gè)完全相同的繞組元件按一定的規律聯(lián)接起來(lái)所組成。繞組元件一般就是一個(gè)線(xiàn)圈，它的兩個(gè)線(xiàn)端分別接到換向器的兩個(gè)換向片上，各元件是在換向片上相互聯(lián)接起來(lái)的。
換向器是電動(dòng)機的整流部分，它是用來(lái)向旋轉電樞供電和向各段繞組分配電流的。電樞繞組內流過(guò)的是交變電流，而外電路是直流電，換向器即是將電源提供的直流電轉換為電樞繞組中的交變電流，使電動(dòng)機工作時(shí)始終按一個(gè)方向連續旋轉。
??? 電刷是用以將轉動(dòng)的磁系統和電樞與外線(xiàn)路過(guò)程回路系統。魚(yú)雷雙轉電動(dòng)機有兩組電刷。一組與滑環(huán)接觸，滑環(huán)與磁系統一起轉動(dòng)，而電刷固定不動(dòng)。另一組電刷裝在磁系統上，與隨同電樞軸一起轉動(dòng)的換向器接觸。
?????????? 圖* 電動(dòng)機的線(xiàn)路圖
????圖*是電動(dòng)機的線(xiàn)路圖，由電源出來(lái)的電流所經(jīng)過(guò)的途徑是：
蓄電池正極—正極接線(xiàn)柱—滑環(huán)電刷—后滑環(huán)—換向器正極電刷—電樞繞組—換向器的負極電刷—磁極繞組—前滑環(huán)—滑環(huán)電刷—負極接線(xiàn)柱—蓄電池負極。
??? 當電流流過(guò)電樞及勵磁繞組時(shí)，二者形成相互作用的磁場(chǎng)，導致磁系統和電樞作相對的旋轉。而磁系統與外軸聯(lián)接，電樞與內軸聯(lián)接，因此電動(dòng)機形成兩個(gè)旋轉方向相反的輸出軸.
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