直流電動(dòng)機(jī)

　　基本構(gòu)造

　　分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。注意：不要把換向極與換向器弄混淆了。

　　定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，電刷裝置等。

　　轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。

　　轉(zhuǎn)子組成

　　直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部分由電樞鐵芯、電樞、換向器等裝置組成，下面對(duì)構(gòu)造中的各部件進(jìn)行詳細(xì)介紹。

　　1.電樞鐵芯部分：其作用是嵌放電樞繞組和顛末磁通，為了下降電機(jī)工作時(shí)電樞鐵芯中發(fā)作的渦流損耗和磁滯損耗。

　　2.電樞部分：作用是發(fā)作電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而進(jìn)行能量變換。電樞繞組有許多線圈或玻璃絲包扁鋼銅線或強(qiáng)度漆包線。

　　3.換向器又稱整流子，在直流電想法中，它的作用是將電刷上的直流電源電流變換成電樞繞組內(nèi)的溝通電流，是電磁轉(zhuǎn)矩的傾向穩(wěn)定不變，在直流發(fā)電機(jī)中，它將電樞繞組溝通電動(dòng)勢(shì)變換為電刷端上輸出地直流電動(dòng)勢(shì)。

　　換向器由許多片構(gòu)成的圓柱體之間用云母絕緣，電樞繞組每一個(gè)線圈兩端區(qū)分接在兩個(gè)換向片上。直流發(fā)電機(jī)中換向器的作用是把電樞繞組中的交變電動(dòng)熱變換為電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)，負(fù)載中就有電流通過(guò)，直流發(fā)電機(jī)向負(fù)載輸出電功率，同時(shí)電樞線圈中也肯定有電流通過(guò)。它與磁場(chǎng)相互作用發(fā)作電磁轉(zhuǎn)矩，其傾向與發(fā)電機(jī)相反，原想法只需抑制這一磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩才華股動(dòng)電樞改變。因此，發(fā)電機(jī)向負(fù)載輸出電功率的還，從原想法輸出機(jī)械功率，完結(jié)了直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變換為電能的作用。

　　分類

　　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：

　　1．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)，接線如圖（a）所示。圖中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)。

　　2．并勵(lì)直流電機(jī)

　　并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖（b）所示。作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是電機(jī)本身發(fā)出來(lái)的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。

　　3．串勵(lì)直流電機(jī)

　　串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。

　　4．復(fù)勵(lì)直流電機(jī)

　　復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，接線如圖（d）所示。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。

　　不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式，直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和和復(fù)勵(lì)式。

　　特點(diǎn)

　　(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。

　　(二)起動(dòng)力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流。

　　有無(wú)刷分類

　　1.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是將普通直流電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子進(jìn)行了互換。其轉(zhuǎn)子為永久磁鐵產(chǎn)生氣隙磁通：定子為電樞，由多相繞組組成。在結(jié)構(gòu)上，它與永磁同步電動(dòng)機(jī)類似。

　　無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子的結(jié)構(gòu)與普通的同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同．在鐵芯中嵌入多相繞組(三相、四相、五相不等)．繞組可接成星形或三角形，并分別與逆變器的各功率管相連，以便進(jìn)行合理?yè)Q相。轉(zhuǎn)子多采用釤鈷或釹鐵硼等高矯頑力、高剩磁密度的稀土料，由于磁極中磁性材料所放位置的不同．可以分為表面式磁極、嵌入式磁極和環(huán)形磁極。由于電動(dòng)機(jī)本體為永磁電機(jī)，所以習(xí)慣上把無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也叫做永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。

　　2.有刷直流電動(dòng)機(jī)：有刷電動(dòng)機(jī)的2個(gè)刷(銅刷或者碳刷)是通過(guò)絕緣座固定在電動(dòng)機(jī)后蓋上直接將電源的正負(fù)極引入到轉(zhuǎn)子的換相器上，而換相器連通了轉(zhuǎn)子上的線圈，3個(gè)線圈極性不斷的交替變換與外殼上固定的2塊磁鐵形成作用力而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。由于換相器與轉(zhuǎn)子固定在一起，而刷與外殼(定子)固定在一起，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)刷與換相器不斷的發(fā)生摩擦產(chǎn)生大量的阻力與熱量。所以有刷電機(jī)的效率低下?lián)p耗非常大。但是它同樣具有制造簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

　　性能相關(guān)

　　直流電動(dòng)機(jī)的性能與它的勵(lì)磁方式密切相關(guān)，通常直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式有4種：直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。掌握4種方式各自的特點(diǎn)：

　　1．直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁繞組與電樞沒(méi)有電的聯(lián)系，勵(lì)磁電路是由另外直流電源供給的。因此勵(lì)磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。

　　2．直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī):電路并聯(lián)，分流，并勵(lì)繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵(lì)磁

　　繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過(guò)他的勵(lì)磁電流較小。

　　3．直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：電流串聯(lián)，分壓，勵(lì)磁繞組是和電樞串聯(lián)的，所以這種電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵(lì)磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，他的匝數(shù)較少。

　　4．直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：電動(dòng)機(jī)的磁通由兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流產(chǎn)生。

　　起動(dòng)

　　由于電機(jī)電樞回路電阻和電感都較小，而轉(zhuǎn)動(dòng)體具有一定的機(jī)械慣性，因此當(dāng)電機(jī)接通電源后，起動(dòng)的開始階段電樞轉(zhuǎn)速以及相應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)很小，起動(dòng)電流很大。最大可達(dá)額定電流的15～20倍。這一電流會(huì)使電網(wǎng)受到擾動(dòng)、機(jī)組受到機(jī)械沖擊、換向器發(fā)生火花。因此直接合閘起動(dòng)只適用于功率不大于4千瓦的電動(dòng)機(jī)（起動(dòng)電流為額定電流的6～8倍）。

　　為了限制起動(dòng)電流，常在電樞回路內(nèi)串入專門設(shè)計(jì)的可變電阻,其原理接線見圖1。在起動(dòng)過(guò)程中隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高及時(shí)逐級(jí)將各分段電阻短接，使起動(dòng)電流限制在某一允許值以內(nèi)。這種起動(dòng)方法稱為串電阻起動(dòng)，非常簡(jiǎn)單，設(shè)備輕便，廣泛應(yīng)用于各種中小型直流電動(dòng)機(jī)中。但由于起動(dòng)過(guò)程中能量消耗大，不適于經(jīng)常起動(dòng)的電機(jī)和中、大型直流電動(dòng)機(jī)。但對(duì)于某些特殊需要，例如

　　城市電車雖經(jīng)常起動(dòng)，為了簡(jiǎn)化設(shè)備，減輕重量和操作維修方便，通常采用串電阻起動(dòng)方法。

　　對(duì)容量較大的直流電動(dòng)機(jī)，通常采用降電壓起動(dòng)。即由單獨(dú)的可調(diào)壓直流電源對(duì)電機(jī)電樞供電，控制電源電壓既可使電機(jī)平滑起動(dòng)，又能實(shí)現(xiàn)調(diào)速。此種方法電源設(shè)備比較復(fù)雜。