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直流电动机的工作原理介绍
2016-11-04
直流电动机的工作原理介绍。直流电动机的工作原理与直流发电机的工作原理恰好相反。当在电刷A、B引出端外接一个直流电源时,碳刷A接直流电源的正极,碳刷B接直流电源的负极,电路如图2-3(a)所示,电枢线圈abcd与电刷A、B相接触,且电流方向为a→b→c→d。根据电磁感应定律,电枢电流在磁场中受到磁场力fem的作用。由左手(电动机手)定则,可以确定磁场力fem的方向。该磁场力与转子半径之积即为电磁转矩(逆时针方向),当电磁转矩大于阻转矩(负载转矩以及其他摩擦引起的空载转矩等)时,转子将在电磁场力驱动或拖动下,逆时针方向旋转起来。
这时,换向片也一同转动。当电枢转过180°时,如图2-3(b)图所示,原来与碳刷A相连的换向片旋转到了碳刷B下,碳刷B下的换向片也旋转到了碳刷A下,线圈的有效导体部分ab在N极下旋转到S极下,cd在S极下旋转到N极下,此时,通入电枢线圈的电流方向发生了变化,变成d→c→b→a的方向。但是,在同一磁极下的有效导体中的电流方向却没有变,因此,转子所受到的电磁力和电磁转矩的方向也没有变,电机转子仍然按逆时针方向转动,同一方向电磁力使转子能够连续不断地旋转。说明在换向器的机械逆变作用下,将外加直流电转变为转子绕组内部的交流电。根据以上直流发电机和电动机的工作原理的分析,可以得出以下结论:
(1)直流发电机和直流电动机是可逆的。同一台电机,既可当发电机用,也可当电动机用,仅是外施条件不同而已,这是电机普适的“可逆原理”。
(2)电枢线圈有效导体中的电动势方向是交变的,而在同一磁极下,线圈有效导体中的电动势方向却是不变的。
(3)换向器和电刷的作用相当于整流电路中的整流器(或逆变器),不同的是,电机换向器是一种机械的整流器,且本身是可逆使用的。在发电机中,换向器的作用是将电枢线圈有效导体中的交变电动势变为方向一致的直流电动势,目的是获得直流电;而在电动机中恰恰相反,换向器的作用是将外部的直流电压转换为电枢线圈中的交变电压,而在同一磁极下却是不变的电枢电流,目的是让转子受到方向一致的力,驱动转子旋转。
这时,换向片也一同转动。当电枢转过180°时,如图2-3(b)图所示,原来与碳刷A相连的换向片旋转到了碳刷B下,碳刷B下的换向片也旋转到了碳刷A下,线圈的有效导体部分ab在N极下旋转到S极下,cd在S极下旋转到N极下,此时,通入电枢线圈的电流方向发生了变化,变成d→c→b→a的方向。但是,在同一磁极下的有效导体中的电流方向却没有变,因此,转子所受到的电磁力和电磁转矩的方向也没有变,电机转子仍然按逆时针方向转动,同一方向电磁力使转子能够连续不断地旋转。说明在换向器的机械逆变作用下,将外加直流电转变为转子绕组内部的交流电。根据以上直流发电机和电动机的工作原理的分析,可以得出以下结论:
(1)直流发电机和直流电动机是可逆的。同一台电机,既可当发电机用,也可当电动机用,仅是外施条件不同而已,这是电机普适的“可逆原理”。
(2)电枢线圈有效导体中的电动势方向是交变的,而在同一磁极下,线圈有效导体中的电动势方向却是不变的。
(3)换向器和电刷的作用相当于整流电路中的整流器(或逆变器),不同的是,电机换向器是一种机械的整流器,且本身是可逆使用的。在发电机中,换向器的作用是将电枢线圈有效导体中的交变电动势变为方向一致的直流电动势,目的是获得直流电;而在电动机中恰恰相反,换向器的作用是将外部的直流电压转换为电枢线圈中的交变电压,而在同一磁极下却是不变的电枢电流,目的是让转子受到方向一致的力,驱动转子旋转。