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您可以在許多便攜式家用電器，汽車和各種工業(yè)設(shè)備中找到直流電機。在這篇文章中，我們將從邏輯上理解商用直流電機的操作和結(jié)構(gòu)。

工作

讓我們首先從最簡單的直流電機開始。它看起來如圖1所示。定子是永磁體并提供恒定的磁場。作為旋轉(zhuǎn)部件的電樞是簡單的線圈。

圖1簡化的直流電機，采用永久磁鐵運行

電樞通過一對換向器環(huán)連接到DC（直流）電源。當電流流過線圈時，根據(jù)洛倫茲定律在其上感應(yīng)出電磁力，因此線圈將開始旋轉(zhuǎn)。由電磁感應(yīng)引起的力使用圖2中的“紅色箭頭”顯示。

圖2線圈上感應(yīng)的電磁力使電樞線圈旋轉(zhuǎn)

您會注意到，當線圈旋轉(zhuǎn)時，換向器環(huán)與相反極性的電源連接。結(jié)果，在線圈的左側(cè)，電流將始終“流走”，而在右側(cè)，電力將始終“流向”。這確保了扭矩作用在整個運動中也在相同的方向上，因此線圈將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

圖3換向器環(huán)確保單向電流過線圈的左右

改善扭矩動作

但是如果仔細觀察線圈上的扭矩動作，您會注意到，當線圈幾乎垂直于磁通量時，扭矩動作接近于零。

圖4線圈接近磁通量時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩接近零

因此，如果運行這樣的直流電機，轉(zhuǎn)子會有不規(guī)則的運動。這是克服這個問題的訣竅！再向轉(zhuǎn)子添加一個回路，并為其分別設(shè)置換向器。在這種布置中，當?shù)谝画h(huán)路處于垂直位置時，第二環(huán)路將連接到電源。因此，系統(tǒng)中始終存在動力。

圖5對于2線圈的轉(zhuǎn)子布置

而且，這種環(huán)越多，電機旋轉(zhuǎn)就越平滑。在實際的電動機中，電樞環(huán)安裝在高滲透性鋼層的槽內(nèi)。這將增強磁通量相互作用。彈簧加載的換向器刷有助于保持與電源的接觸。

圖6線圈數(shù)量越多，電機轉(zhuǎn)動越平滑

使用電磁鐵

永磁定子極僅用于非常小的直流電動機。大多數(shù)情況下使用電磁鐵; 電磁鐵的勵磁線圈由相同的直流電源供電。

圖7直流電機大部分時間都使用電磁鐵

分流器和系列電動機

勵磁線圈可以以兩種不同的方式連接到轉(zhuǎn)子繞組;平行或系列。這導(dǎo)致2種不同類型的直流電動機結(jié)構(gòu); 分流器和一系列電動機。

圖8在電動機中轉(zhuǎn)子線圈和定子串聯(lián)

串聯(lián)繞線電機具有良好的啟動轉(zhuǎn)矩，但其負載速度急劇下降。這種性質(zhì)如圖8所示。分流電動機具有較低的啟動轉(zhuǎn)矩，但無論作用在電動機上的負載如何，它都能以幾乎恒定的速度運行。這是并聯(lián)繞組電動機的有吸引力的操作特性，速度 - 轉(zhuǎn)矩變化的性質(zhì)如圖10所示。

圖9并聯(lián)電機在勵磁和定子之間并聯(lián)

圖10分流電機提供恒定的速度

反電動勢的概念

與其他電機不同，直流電機具有獨特的特性; 反電動勢的產(chǎn)生。磁場中的旋轉(zhuǎn)環(huán)將根據(jù)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生EMF。

圖11反電動勢電流減少電樞電流

旋轉(zhuǎn)電樞環(huán)的情況也是一樣的。將引發(fā)內(nèi)部EMF，其與施加的輸入電壓相反。反電動勢大幅減少了電樞電流。反電動勢與轉(zhuǎn)子速度成正比。在電動機啟動時，反電動勢太低，因此電樞電流變得太高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子燒壞。因此，在大型DC（直流）電動機中需要適當?shù)膯訖C構(gòu)來控制所施加的輸入電壓。

直流電機的一個有趣的變化是通用電機，它能夠在交流和直流電源下運行。我們將在另一篇文章中介紹其工作和操作功能。