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直流發(fā)電機工作原理
直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢,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?/span>
感應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電動勢的方向)。
直流電動機的工作原理
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。
直流電機的原理結(jié)構(gòu)
直流電動機是依靠直流工作電壓運行的電動機,廣泛應用于收錄機、錄像機、影碟機、電動剃須刀、[1]、電子表、玩具等。
一、電磁式直流電動機
電磁式直流電動機由定子磁極、轉(zhuǎn)子(電樞)、換向器(俗稱整流子)、電刷、機殼、軸承等構(gòu)成,
電磁式直流電動機的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。根據(jù)其勵磁(舊標準稱為激磁)方式的不同又可分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。因勵磁方式不同,定子磁極磁通(由定子磁極的勵磁線圈通電后產(chǎn)生)的規(guī)律也不同。
串勵直流電動機的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通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)矩或電流的增加而迅速下降。其起動轉(zhuǎn)矩可達額定轉(zhuǎn)矩的5倍以上,短時間過載轉(zhuǎn)矩可達額定轉(zhuǎn)矩的4倍以上,轉(zhuǎn)速變化率較大,空載轉(zhuǎn)速甚高(一般不允許其在空載下運行)??赏ㄟ^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。
并勵直流電動機的勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián),其勵磁電流較恒定,起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比,起動電流約為額定電流的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)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。轉(zhuǎn)速變化率較小,為5%~15%??赏ㄟ^消弱磁場的恒功率來調(diào)速。
他勵直流電動機的勵磁繞組接到獨立的勵磁電源供電,其勵磁電流也較恒定,起動轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速變化也為5%~15%??梢酝ㄟ^消弱磁場恒功率來提高轉(zhuǎn)速或通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速降低。
復勵直流電動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)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同,起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的4倍左右,短時間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.5倍左右。轉(zhuǎn)速變化率為25%~30%(與串聯(lián)繞組有關(guān))。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁場強度來調(diào)整。
換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料,用高強度塑料模壓成。電刷與換向器滑動接觸,為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動機的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成,一般為12槽,內(nèi)嵌12組電樞繞組,各繞組間串聯(lián)接后,再分別與12片換向片連接。
直流電動機的勵磁方式
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。
1、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,接線如圖1.23(a)所示。圖中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。
2、并勵直流電機
并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵發(fā)電機來說,是電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電;作為并勵電動機來說,勵磁繞組與電樞共用同一電源,從性能上講與他勵直流電動機相同。
3、串勵直流電機
串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后,再接于直流電源。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。
4、復勵直流電機
復勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反,則稱為差復勵。
不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復勵式,直流發(fā)電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復勵式。
二、永磁式直流電動機
永磁式直流電動機也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成,定子磁極采用永磁體(磁鋼),有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。錄放機中使用的電多數(shù)為圓筒型磁體,而電動工具及汽車用電器中使用的電動機多數(shù)采用專塊型磁體。
轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成,較電磁式直流電動機轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。錄放機中使用的小功率電動機多數(shù)為3槽,較高檔的為5槽或7槽。漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個繞組),其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導電部件,具備導電與耐磨兩種性能。永磁電動機的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。
錄放機中使用的永磁式直流電動機,采用電子穩(wěn)速電路或離心式穩(wěn)速裝置。
三、無刷直流電動機
無刷直流電動機是采用半導體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的,即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優(yōu)點,廣泛應用于高檔錄音座、錄像機、電子儀器及自動化辦公設(shè)備中。
無刷直流電動機由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化,沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進行換流(即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置,并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號,經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路,按一定的邏輯關(guān)系進行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。
位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機,其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或集成電路等)裝在定子組件上,用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。
采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機,在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件,轉(zhuǎn)子上裝有遮光板,光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。
采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機,是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等),當永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時,電磁效應將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。