直流電機(jī)工作原理
1、直流電機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)的
直流電機(jī)是根據(jù)電磁力定律工作的，利用通電導(dǎo)體在磁場中受電磁力的作用而旋轉(zhuǎn)的，其轉(zhuǎn)動(dòng)過程如圖5-9所示。
電刷A、B接上直流電源，電流從正電刷B流入，由負(fù)電刷A流出，在圖5-9所示瞬時(shí)，線圈中電流方向?yàn)?/span>d→a。根據(jù)電磁力定律，用左手定則可判斷電樞線圈將受到順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩作用，該轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過半周時(shí)，線圈有效邊dc處于N極下，ab處于S極下，但在線圈中流過的電流方向也改變了，從a→d。所以，由左手定則可知，線圈仍然受到順時(shí)針方向電磁轉(zhuǎn)矩作用。電樞始終保持同一旋轉(zhuǎn)方向。
直流電動(dòng)機(jī)的電樞實(shí)際上是由許多線圈組成的，這些線圈產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩不但驅(qū)動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，還可帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械負(fù)載。
2、直流電機(jī)工作原理
從直流電機(jī)直流電源引入來看，共有直流電源正極兩路、負(fù)極一路引入電機(jī)接線盒內(nèi)。其中一路正極電源接入電機(jī)定子繞組中，另一路正極電源接入電樞繞組中，兩路正極電源共用一路負(fù)極電源，從而構(gòu)成定子繞組通路和電樞繞組通路。當(dāng)直流電機(jī)啟動(dòng)開關(guān)合上時(shí)，在
圖5-9 直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖
定子繞組上將產(chǎn)生一個(gè)固定的永磁鐵性質(zhì)的N、S兩極的主磁極磁場。由于電樞繞組是由多條支路所構(gòu)成，且每條支路通過換向器、電刷構(gòu)成通路。當(dāng)另一路直流電源經(jīng)電刷、換向器引入電樞繞組中，由左手定則可判斷，此時(shí)電樞繞組受一驅(qū)動(dòng)電磁力矩的作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割主極磁場，在電樞繞組中將產(chǎn)生一交變電樞電動(dòng)勢，從而感應(yīng)電流，建立電樞磁動(dòng)勢, 從而在氣隙中電樞磁動(dòng)勢對主極磁場起到去磁作用，使氣隙削弱，為維持氣隙磁場不變，主極磁場將加大激磁電流來維持氣隙磁場，從而使電機(jī)電流加大，直到電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，這種電樞反應(yīng)才達(dá)到平衡。這就是我們所看到的，在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，電流表的指示在不斷的升高，直到起動(dòng)正常后，電流表的指示才穩(wěn)定不動(dòng)。
在直流電機(jī)電樞繞組每條支路旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，每條支路上下兩邊中流過的直流電流要發(fā)生一次交變（其性質(zhì)相當(dāng)于交流電），此交變電流就是靠換向器的作用，使電刷正負(fù)兩端流入、流出的電流極性始終保持不變，從而起到將電樞繞組內(nèi)部的交流電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電動(dòng)勢。
直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)最重要的一個(gè)問題是換向問題，即當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，組成電樞繞組每條支路的繞組元件，在依次循環(huán)地輪換，即繞組元件從一條支路經(jīng)過電刷時(shí)被短路，隨后將轉(zhuǎn)入另一支路。由于被電刷分割的相鄰支路中繞組元件的電流方向是相反的，因此在繞組元件由一條支路經(jīng)電刷短路后轉(zhuǎn)入另一條支路的短暫過程中，繞組元件里的電流就要改變一次方向，被電刷短路的繞組元件內(nèi)電流改變方向的過程稱之換向。從一條支路轉(zhuǎn)入另一條支路而被電刷短路的繞組元件稱為換向元件。由于換向元件換向周期短，同時(shí)由于換向元件自感和互感的影響，必然在換向元件中產(chǎn)生一電抗電動(dòng)勢及電樞反應(yīng)電動(dòng)勢，此兩電動(dòng)勢將阻礙換向元件中的電流變化，從而在換向元件和電刷間產(chǎn)生一換向火花。如不能及時(shí)消除此換向火花，將有威脅電機(jī)安全運(yùn)行及燒毀電機(jī)的危險(xiǎn)。
因此必須采取措施，消除換向火花，通常在直流電動(dòng)機(jī)上裝設(shè)換向極，就是用來改善換向時(shí)換向電流的影響。換向極一般裝設(shè)在主磁極之間的幾何中心線上，且與電樞繞組串聯(lián)，極性相反的連接，使得換向極磁場的大小與電樞電流的大小成正比，并在換向區(qū)域內(nèi)建立與電樞反應(yīng)電動(dòng)勢和電抗電動(dòng)勢方向相反的換向磁場，從而在換向元件中產(chǎn)生換向電動(dòng)勢來抵消電抗電動(dòng)勢和電樞電動(dòng)勢，從而減小或削弱電機(jī)工作時(shí)換向器表面上的火花，保證電機(jī)安全可靠的運(yùn)行。
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