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​直流电动机的工作原理

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图9-1是直流电动机(direct current motor)的结构原理图。图中N极和S极是一对固定不动的磁极,用以产生所需要的磁场。 除容量很小的电动机是用永久磁铁做成磁极外,对于容量较大一些的电动机,磁场都是由直流励磁电流通过绕在磁极铁心上的励磁绕组产生。为了使图面清晰起见,图中只画出了磁极的铁心,没有画出励磁绕组。在N极和S极之间有一个可以绕轴旋转的绕组,直流电动机的这一部分称为电枢。 实际电动机中的电枢绕组嵌放在铁心槽内,电枢绕组中的电流称为电枢电流,图中只画出了代表电枢绕组的一个线圈,没有画出电枢铁心。线圈两端分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片连接,铜片上又各压着一个固定不动的电刷。


如图9-1所示那样将电枢绕组通过电刷接到直流电源上,绕组的转轴与机械负载相连,这时便有电流从电源的正极流出,经电刷A流人电枢绕组,然后经电刷B流回电源的负极。在图9-1(a)所示位置上,线圈的ab边在N极下,cd边在S极下,电枢绕组中的电流沿着a一b-+c-d的方向流动。电枢电流与磁场相互作用产生电磁力F,其方向可用左手定则来判断。这一对电磁力所形成的电磁转矩使电动机逆时针方向旋转。丽寻逊佩餐潜习当电枢绕组的ab边转到了 S极下,cd边转到了 N极下,如果线圈中电流的方向仍然不变,那么作用在这两个线圈边上的电磁力和电磁转矩的方向就会与原来的方向相反,电动机便无法旋转。为此,必须改变电枢绕组中电流的方向,这一任务由连接在线圈两端的铜片和电刷来完成。从图9-1(b)中可以看到,由于原来与电刷A相接触的线圈a端的铜片现在已改成与电刷B接触,而原来与电刷B相接触的线圈d端的钢片现在已改成与电刷A接触,因而电枢绕组中的电流变成沿d一c一b-a的方向流动。利用左手定则判断出:电磁力及电磁转矩仍然使电动机逆时针旋转。


由此可见,在直流电动机中,为了产生方向始终如一的电磁转矩,外部电路中的直流电流必须改变成电动机内部的交流电流,这一过程称为电流的换向。换向用的铜片称为换向片。互相绝缘的换向片组合的总体称为换向器。


在电磁转矩的作用下,电动机拖动生产机械沿着与电磁转矩相同的方向旋转时,电动机向负载输出机械功率。 与此同时,由于电枢绕组旋转,线圈ab和cd边切割磁场线产生了感应电动势。根据右手定则,其方向与电枢电流的方向相反,故称反电动势。 电源只有克服这一反电动热才能向电动机输出电流。因此,电动机向机械负载输出机械功率的同时,电源却向电动机输出电功率。可见,在这种情况下,电动机起看将电能转换成机械能的作用,也就是说,电动机作为电动机运行。

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