直流電機的分類及原理介紹

直流電機：定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能;作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。

按工作電源種類劃分：可分為直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動機直流電機和交流電機。和有刷直流電機。

直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?

感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導體中感應(yīng)電動勢的方向)。

直流電機工作原理：導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。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)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩)，電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。

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

直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。

他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，M表示電動機，若為發(fā)電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。

按工作電源種類劃分：可分為直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動機直流電機和交流電機。和有刷直流電機。

直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?

感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導體中感應(yīng)電動勢的方向)。

直流電機工作原理：導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。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)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩)，電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。

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

直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。

他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，M表示電動機，若為發(fā)電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。

直流電機的結(jié)構(gòu)

直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構(gòu)造的主要特點是具有一個帶換向器的電樞。直流電機的定子由機座、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)生直流電機氣隙磁場的主要部件，由永磁體或帶有直流勵磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機的轉(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整體。各換向片間互相絕緣。換向器質(zhì)量對運行可靠性有很大影響。

直流電機的可逆運行原理

一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行,也可以作為發(fā)電機運行,這種原理在電機理論中稱為可逆原理。當原動機驅(qū)動電樞繞組在主磁極N、S之間旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組上感生出電動勢，經(jīng)電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負載(或電網(wǎng))，對外供電，此時電機作直流發(fā)電機運行。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)生的磁場互相作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子與連接于其上的機械負載工作，此時電機作直流電動機運行。

直流電機的分類

按結(jié)果主要分為直流電動機和直流發(fā)電機。

按類型主要分為直流有刷電機和直流無刷電機 。

直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。

直流發(fā)電機

直流發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為直流電能的機器。它主要作為直流電動機、電解、電鍍、電冶煉、充電及交流發(fā)電機的勵磁等所需的直流電機。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、運行的可靠性及某些工作性能方面來看，交流電整流還不能和直流發(fā)電機相比。

直流電機的勵磁方式

直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。

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

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

一、直流電機的基本結(jié)構(gòu)

直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。

直流電機的定子由機座、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)生直流電機氣隙磁場的主要部件，由永磁體或帶有直流勵磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。

直流電機的轉(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全體。各換向片間相互絕緣。換向器質(zhì)量對運轉(zhuǎn)可靠性有很大影響。

二、直流電機的作業(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)生順時針力矩T，線圈以n的轉(zhuǎn)速順時針滾動，不管線圈怎樣滾動，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。電動機電樞繞組通電后按順時針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

當線圈不斷地旋轉(zhuǎn)時，盡管與兩個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始終是負電位。當線圈的ab段在N極時，線圈的電流方向是c-d-b-a，當ab段在S極時，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、直流電機分類

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

串勵直流電機的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間經(jīng)過電刷和換向器相串聯(lián)，勵磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵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。其起動轉(zhuǎn)矩可達額外轉(zhuǎn)矩的5倍以上，短時間過載轉(zhuǎn)矩可達額外轉(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轉(zhuǎn))?？山?jīng)過用外用電阻器與串勵繞組串聯(lián)(或并聯(lián))、或?qū)⒋畡罾@組并聯(lián)換接來實現(xiàn)調(diào)速。

并勵直流電機的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵磁電流較穩(wěn)定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動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，短時過載轉(zhuǎn)矩為額外轉(zhuǎn)矩的1.5倍。轉(zhuǎn)速改變率較小，為5%~15%。可經(jīng)過消弱磁場的恒功率來調(diào)速。

他勵直流電機的勵磁繞組接到獨立的勵磁電源供電，其勵磁電流也較穩(wěn)定，起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速改變也為5%~15%。能夠經(jīng)過消弱磁場恒功率來進步轉(zhuǎn)速或經(jīng)過下降轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速下降。

復勵直流電機的定子磁極上除有并勵繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵繞組(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，起動轉(zhuǎn)矩約為額外轉(zhuǎn)矩的4倍左右，短時間過載轉(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)過消弱磁場強度來調(diào)整。論上，同一臺直流電機可以用作電動機或發(fā)電機。因此，直流電動機的構(gòu)造與直流發(fā)電機的構(gòu)造相同。

直流電動機的工作原理

電動馬達是一個電機，其將電能轉(zhuǎn)換成機械能。直流電動機的基本工作原理是：“ 每當載流導體置于磁場中時，它就會受到機械力”。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 =磁場內(nèi)導體的長度。

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，則拇指代表載流導體所受力的方向。當電樞繞組連接到直流電源時，繞組中會產(chǎn)生電流。磁場可以通過磁場繞組(電磁)或通過使用永磁體來提供。在這種情況下，根據(jù)上述原理，載流電樞導體會受到磁場的作用力。

換向器被分段以實現(xiàn)單向轉(zhuǎn)矩。否則，每當導體的運動方向在磁場中反轉(zhuǎn)時，力的方向就會每次都反轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的工作原理!

反電動勢

根據(jù)自然的基本定律，只有在存在某種反對轉(zhuǎn)換之前，才能進行能量轉(zhuǎn)換。對于發(fā)電機，這種反作用是由磁阻提供的，但是對于直流電動機，則存在反電動勢。

當電動機的電樞旋轉(zhuǎn)時，導體也會切斷磁通線，因此，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，電動勢會在電樞導體中產(chǎn)生。該感應(yīng)電動勢的方向應(yīng)使其與電樞電流(I a)相對。反電動勢的大小可以由直流發(fā)電機的電動勢方程式給出。反電動勢的意義：

反電動勢的大小與電動機的速度成正比。假如直流電動機上的負載突然減小了，所需扭矩將比當前扭矩小。由于過大的扭矩，電動機的速度將開始增加。因此，與速度成正比，反電動勢的大小也會增加。隨著反電動勢的增加，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載為止。因此，電動機的速度將調(diào)節(jié)。

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