直流电动机的工作原理NEWENERGYVEHICLES

直流电动机的工作原理主讲人：李强强NEWENERGYVEHICLES郑州信息科技职业学院直流电动机将直流电能转换为机械能的电动机，其有定子和转子两部分组成。定子是静止不动的部分，主要作用是产生气隙磁场，转子是直流电动机的转动部分，又称电枢。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕中心横轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的末端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环上。换向片之间彼此绝缘，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，他们和换向片之间滑动接触，来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈。当电刷A和B分别连接直流电源的正负极时，电流从电刷A流入，从电刷B流出，通过线圈abcd形成回路。导线ab和cd在磁场的作用下会产生磁力，其方向由左手定则来决定。左图a端处换向片1，与电刷A接触，与电源正极接通，d端处换向片2，与电刷B接触，与电源负极接通；右图电枢转过一定角度后，d端处换向片2，与电刷A接触，与电源正极接通，a端处换向片2，与电刷B接触，与电源负极接通。左右图表示电枢转动在不同位置，其线圈内电流方向是相反的。线圈中的电流方向是a-b-c-d，ab边的电流从a流向b，朝向图片内部，我们用圆圈里面一个加号来表示。cd边的电流从c流向d，是从图片内部朝向外部的，我们用圆圈内部一个点来表示。根据左手定则可以判断ab和cd边的受力方向，对于ab边，我们将左手四指指向电流方向，让磁场方向穿过手掌心，那么拇指所指即为其受力方向。ab受力的方向是从右到左，图片中f所表示是形成转矩的力分量，而cd受力的方向是从左到右，这样，在电枢上就产生了逆时针方向的转矩。当电枢在右图位置时，ab边从N极转向了S极位置，而cd边从S极转向了N极附近。那么之前a端的换向片1跟电刷B接触，d端换向片2跟电刷A接触，这是线圈的电流方向就变成相反的方向了。此时是d-c-b-a，虽然说线圈内电流方向变了，但是保证了在同一位置的导线电流方向不变，也就是说不管当ab还是cd转到此处时，其内部电流方向是相同的。因此转矩的方向也不会改变，电枢将按照逆时针方向继续旋转。如果没有这样的设置，而是让电流方向始终是a-b-c-d，那么电枢所受到转矩方向就会有什么影响呢？当电流流过电枢线圈时，载流导体在励磁磁场的作用下产生的电磁力ƒ的表达式为ƒ=BILB为磁场的磁感应强度I为ab、cd有效长度整个线圈的电磁转矩为T=DBILD为电枢直径如果通过电枢线圈的电流大小不变，磁极磁通密度在垂直于导体运动方向的空间按正弦规律分布，电枢为匀速转动时，由电流和磁场相互作用产生的电磁转矩随时间变化，除了平均转矩外，还包含着交变转矩。上述直流电动机模型只有一匝线圈，所受到的电磁力很小，转矩脉动较大。为了克服这些缺点，实际的电动机都是由很多匝线圈组成，并且按照一定的连接方法分布在整个电枢表面上，通常称为电枢绕组。随着线圈数目的增加，换向片的数目也相应地增多，有多个换向片组合起来的整体即为换向器。