《新能源汽车电机及传动系统拆装与检测》课件-资讯二 直流电机的工作原理与励磁方式

1.直流电机的原理模型最简单的直流电机的原理模型如图6-8所示，在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕中心横轴转动的圆柱形铁心，在它上面装有矩形线圈abcd。这个转动的部分通常称为电枢。线圈的末端a和d分别接到称为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。资讯二直流电机的工作原理与励磁方式图6-8最简单的直流电机的原理模型二、相关资讯2.直流电机的工作原理当电刷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；相应地，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。当电枢在图6-9（a）所示的位置时，线圈的电流方向是a—b—c—d，ab边的电流从a流向b,用⊕表示，cd边的电流从c流向d，用⊙表示。资讯二直流电机的工作原理与励磁方式图6-9直流电机的工作与换向当电枢在图6-9（b）所示位置时，a从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极，与a端连接的换向片跟电刷B接触，与d端连接的换向片跟电刷A接触，这时线圈的电流方向是d—c—b—a，保证了在同一位置上的导线电流方向不变，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。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改变电流方向的作用，使得N极和S极下的导体电流不变，产生单方向的电磁力与电磁转矩。资讯二直流电机的工作原理与励磁方式上述直流电机模型只有一匝线圈，所受到的电磁力很小，转矩脉动较大。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，那么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。为了克服这些缺点，实际的电机都是用很多匝线圈，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。换向器电刷装置组合结构如图6-10所示。资讯二直流电机的工作原理与励磁方式图6-10换向器电刷装置组合结构3.直流电机的励磁方式对直流电机模型分析可知，直流电机工作时，首先需要建立一个磁场，即由定子结构中的主磁极产生，主磁极可以是永磁体或励磁绕组。由永磁体形成磁场的电机称为永磁式直流电机；由励磁绕组形成磁场的直流电机，根据励磁绕组和电枢绕组的连接方式不同，分为他励式电机、并励式电机、串励式电机和复励式电机，如图6-11所示。资讯二直流电机的工作原理与励磁方式图6-11不同励磁方式的直流电机（a）他励式电机的励磁绕组与电枢绕组的电源没有连接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电，因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响，永磁直流电机也可以看作这一类。他励式电机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制，易于实现车辆的再生制动要求。当采用永磁励磁时，虽然电机效率高、质量和体积小，但由于励磁磁场恒定不变，电机的机械特性不理想，难以满足车辆启动和加速时的大转矩要求（b）并励式电机的励磁绕组与电枢绕组并联，其特点是励磁电流不仅与励磁回路电阻有关，还受电枢端电压的影响。（c）串励式电机的励磁绕组和电枢绕组串联在同一电源上，通过的电流大小相等，电机的磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不引起较大的损耗，励磁绕组的电阻越小越好，所以串励式电机通常用较粗的导线绕成匝数较少的励磁绕组。串励式电机在低速运行时，能给车辆提供足够大的转矩。在高速运行时，电机电枢绕组中的饭电动势增大，与之串联的励磁绕组中的励磁电流减小，电机高速运行时的弱磁调速功能易于实现，因此串励式电机驱动系统能较好地满足新能源汽车的运行特性需求。但串励式电机由低速到高速运行时弱磁调速特性不理想，随着行使速度的提高，电机输出转矩快速减小，不能满足车辆高速行使时风阻大而需要较大输出转矩的要求（d）复励式电机的励磁绕组既有并联绕组，又有串联绕组，串励绕组和并励绕组共同接在主极上，并励匝数较多，串励