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直流電機的工作原理

一.直流電機的物理模型圖解釋:

 這是分析直流電機的物理模型圖。

其中,固定部分有磁鐵,這里稱作主磁極;固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的)

上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型,它的固定部分(定子)上,裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S,在旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子)上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈,線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上,此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣,由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上,換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2,當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時,電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

二.直流發(fā)電機的工作原理
 
直流發(fā)電機的原理圖

  直流發(fā)電機是機械能轉(zhuǎn)換為直流電能的電氣設(shè)備。
  如何轉(zhuǎn)換?分以下步驟說明:
  設(shè)原動機拖動轉(zhuǎn)子以每分轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動;
  電機內(nèi)部的固定部分要有磁場。這個磁場可以是如圖示的磁鐵也可以是磁極鐵心上繞套線圈,再通過直流電產(chǎn)生磁場。其中 If 稱之為勵磁電流。這種線圈每個磁極上有一個,也就是,電機有幾個磁極就有幾個勵磁線圈,這幾個線圈串聯(lián)(或并聯(lián))起來就構(gòu)成了勵磁繞組。這里要注意各線圈通過電流的方向不可出錯。在以上條件下環(huán)外導(dǎo)體將感應(yīng)電勢,其大小與磁通密度 B 、導(dǎo)體的有效長度 l 和導(dǎo)體切割磁場速度 v 三者的乘積成正比,其方向用右手定則判斷。
  但是要注意某一根轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電。而經(jīng)電刷輸出的電動勢確是直流電了。這便是直流發(fā)電機的工作原理。

動畫演示

三.直流電動機的工作原理:

直流電動機的原理圖


   對上一頁所示的直流電機,如果去掉原動機,并給兩個電刷加上直流電源,如上圖(a)所示,則有直流電流從電刷 A 流入,經(jīng)過線圈abcd,從電刷 B 流出,根據(jù)電磁力定律,載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用,其方向可由左手定則判定,兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩,使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖(b)所示的位置,電刷 A 和換向片2接觸,電刷 B 和換向片1接觸,直流電流從電刷 A 流入,在線圈中的流動方向是dcba,從電刷 B 流出。
   此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定,它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的,但由于電刷和換向片的作用,在線圈中流過的電流是交流的,其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。
   實用中的直流電動機轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成,同樣是由多個線圈連接而成,以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動,繞組形式同發(fā)電機。

動畫演示

將直流電動機的工作原理歸結(jié)如下:
將直流電源通過電刷接通電樞繞組,使電樞導(dǎo)體有電流流過。
電機內(nèi)部有磁場存在。
載流的轉(zhuǎn)子(即電樞)導(dǎo)體將受到電磁力 f 的作用 f=Blia (左手定則)
所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子,使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn),以便拖動機械負(fù)載。

直流減速電機,永磁直流電機,直流調(diào)速器,直流電機,伺服電動機等

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