直流電機(jī)的分類及原理介紹

直流電機(jī)：定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

按工作電源種類劃分：可分為直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)和交流電機(jī)。和有刷直流電機(jī)。

直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定(磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向)。

直流電機(jī)工作原理：導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?，企圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩)，電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。

直流電動(dòng)機(jī)是依靠直流工作電壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。

他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，M表示電動(dòng)機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。

按工作電源種類劃分：可分為直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)和交流電機(jī)。和有刷直流電機(jī)。

直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定(磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向)。

直流電機(jī)工作原理：導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?，企圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩)，電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。

直流電動(dòng)機(jī)是依靠直流工作電壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。

他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，M表示電動(dòng)機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。

直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)帶換向器的電樞。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件，由永磁體或帶有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器(又稱整流子)和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。換向器是一種機(jī)械整流部件。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)整體。各換向片間互相絕緣。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)行可靠性有很大影響。

直流電機(jī)的可逆運(yùn)行原理

一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行,這種原理在電機(jī)理論中稱為可逆原理。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電樞繞組在主磁極N、S之間旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組上感生出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負(fù)載(或電網(wǎng))，對(duì)外供電，此時(shí)電機(jī)作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行。如用外部直流電源，經(jīng)電刷換向器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極N.S.產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與連接于其上的機(jī)械負(fù)載工作，此時(shí)電機(jī)作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

直流電機(jī)的分類

按結(jié)果主要分為直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)。

按類型主要分為直流有刷電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī) 。

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。

直流發(fā)電機(jī)

直流發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能的機(jī)器。它主要作為直流電動(dòng)機(jī)、電解、電鍍、電冶煉、充電及交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁等所需的直流電機(jī)。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電變成直流電，但從使用方便、運(yùn)行的可靠性及某些工作性能方面來(lái)看，交流電整流還不能和直流發(fā)電機(jī)相比。

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。

今日主要共享關(guān)于直流電機(jī)的三個(gè)方面：直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、作業(yè)原理以及分類信息。

直流電機(jī)是依靠直流作業(yè)電壓運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。直流電機(jī)的基本原理依據(jù)電磁感應(yīng)，與異步電機(jī)相同也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。

一、直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。

直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其間主磁極是發(fā)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件，由永磁體或帶有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器(又稱整流子)和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。其間電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。

換向器是一種機(jī)械整流部件。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)全體。各換向片間相互絕緣。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性有很大影響。

二、直流電機(jī)的作業(yè)原理

直流電從電刷B經(jīng)半圓形換向片流入線圈(電樞繞組)c-d-b-a，依據(jù)左手定則，線圈cd段及ab段的受力狀況如圖中F所示，發(fā)生順時(shí)針力矩T，線圈以n的轉(zhuǎn)速順時(shí)針滾動(dòng)，不管線圈怎樣滾動(dòng)，總是S極有用邊的電流方向向里,N極有用邊的電流方向向外。電動(dòng)機(jī)電樞繞組通電后按順時(shí)針?lè)较蚶^續(xù)旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)線圈不斷地旋轉(zhuǎn)時(shí)，盡管與兩個(gè)電刷觸摸的線圈邊不斷的改變，電刷A始終是正電位，電刷B始終是負(fù)電位。當(dāng)線圈的ab段在N極時(shí)，線圈的電流方向是c-d-b-a，當(dāng)ab段在S極時(shí)，線圈的電流方向是a-b-d-c，即線圈abcd中的電流方向不絕交變。這兩個(gè)半圓形的銅片就叫做換向片，它們合在一起叫做換向器。

三、直流電機(jī)分類

直流電機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子(電樞)、換向器、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成，電磁式直流電機(jī)的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成。依據(jù)其勵(lì)磁(舊規(guī)范稱為激磁)方法的不同又可分為串勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī)、他勵(lì)直流電機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。因勵(lì)磁方法不同，定子磁極磁通(由定子磁極的勵(lì)磁線圈通電后發(fā)生)的規(guī)則也不同。

串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間經(jīng)過(guò)電刷和換向器相串聯(lián)，勵(lì)磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵(lì)磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的添加而敏捷下降。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額外轉(zhuǎn)矩的5倍以上，短時(shí)間過(guò)載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額外轉(zhuǎn)矩的4倍以上，轉(zhuǎn)速改變率較大，空載轉(zhuǎn)速甚高(一般不允許其在空載下運(yùn)轉(zhuǎn))。可經(jīng)過(guò)用外用電阻器與串勵(lì)繞組串聯(lián)(或并聯(lián))、或?qū)⒋畡?lì)繞組并聯(lián)換接來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵(lì)磁電流較穩(wěn)定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動(dòng)電流約為額外電流的2.5倍左右。轉(zhuǎn)速則隨電流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時(shí)過(guò)載轉(zhuǎn)矩為額外轉(zhuǎn)矩的1.5倍。轉(zhuǎn)速改變率較小，為5%~15%?？山?jīng)過(guò)消弱磁場(chǎng)的恒功率來(lái)調(diào)速。

他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組接到獨(dú)立的勵(lì)磁電源供電，其勵(lì)磁電流也較穩(wěn)定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速改變也為5%~15%。能夠經(jīng)過(guò)消弱磁場(chǎng)恒功率來(lái)進(jìn)步轉(zhuǎn)速或經(jīng)過(guò)下降轉(zhuǎn)子繞組的電壓來(lái)使轉(zhuǎn)速下降。

復(fù)勵(lì)直流電機(jī)的定子磁極上除有并勵(lì)繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵(lì)繞組(其匝數(shù)較少)。串聯(lián)繞組發(fā)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額外轉(zhuǎn)矩的4倍左右，短時(shí)間過(guò)載轉(zhuǎn)矩為額外轉(zhuǎn)矩的3.5倍左右。轉(zhuǎn)速改變率為25%~30%(與串聯(lián)繞組有關(guān))。轉(zhuǎn)速可經(jīng)過(guò)消弱磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整。論上，同一臺(tái)直流電機(jī)可以用作電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。因此，直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與直流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造相同。

直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

電動(dòng)馬達(dá)是一個(gè)電機(jī)，其將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理是：“ 每當(dāng)載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中時(shí)，它就會(huì)受到機(jī)械力”。該力的方向由弗萊明的左手定則給出，其大小可由公式F = BIL算出。其中，B =磁通密度，I =電流，L =磁場(chǎng)內(nèi)導(dǎo)體的長(zhǎng)度。

弗萊明(Fleming)的左手法則：如果我們將左手的第一根手指，第二根手指和拇指伸展到彼此垂直，并且磁場(chǎng)的方向由第一根手指表示，則電流的方向由第二根手指表示，則拇指代表載流導(dǎo)體所受力的方向。當(dāng)電樞繞組連接到直流電源時(shí)，繞組中會(huì)產(chǎn)生電流。磁場(chǎng)可以通過(guò)磁場(chǎng)繞組(電磁)或通過(guò)使用永磁體來(lái)提供。在這種情況下，根據(jù)上述原理，載流電樞導(dǎo)體會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力。

換向器被分段以實(shí)現(xiàn)單向轉(zhuǎn)矩。否則，每當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向在磁場(chǎng)中反轉(zhuǎn)時(shí)，力的方向就會(huì)每次都反轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理!

反電動(dòng)勢(shì)

根據(jù)自然的基本定律，只有在存在某種反對(duì)轉(zhuǎn)換之前，才能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。對(duì)于發(fā)電機(jī)，這種反作用是由磁阻提供的，但是對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，則存在反電動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)體也會(huì)切斷磁通線，因此，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，電動(dòng)勢(shì)會(huì)在電樞導(dǎo)體中產(chǎn)生。該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向應(yīng)使其與電樞電流(I a)相對(duì)。反電動(dòng)勢(shì)的大小可以由直流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式給出。反電動(dòng)勢(shì)的意義：

反電動(dòng)勢(shì)的大小與電動(dòng)機(jī)的速度成正比。假如直流電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載突然減小了，所需扭矩將比當(dāng)前扭矩小。由于過(guò)大的扭矩，電動(dòng)機(jī)的速度將開始增加。因此，與速度成正比，反電動(dòng)勢(shì)的大小也會(huì)增加。隨著反電動(dòng)勢(shì)的增加，電樞電流將開始減小。轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，轉(zhuǎn)矩也將減小，直到變得足以承受負(fù)載為止。因此，電動(dòng)機(jī)的速度將調(diào)節(jié)。

另一方面，如果突然加載了直流電機(jī)，則負(fù)載將導(dǎo)致速度降低。由于速度降低，反電動(dòng)勢(shì)也將降低，從而允許更大的電樞電流。電樞電流的增加將增加轉(zhuǎn)矩以滿足負(fù)載要求。因此，反電動(dòng)勢(shì)的存在使直流電動(dòng)機(jī)“自我調(diào)節(jié)”。