直流電機是什么？有哪些技術原理

來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發布時間：2019-02-15 17:42

直流電動機是以直流電（或直流電的某種操縱形式）形式獲取電能并將其轉換為機械旋轉的運動部件。電動機通過使用由電流產生的磁場來刺激與輸出軸固定的轉子的旋轉。輸出扭矩和速度取決于電氣輸入和電機設計。

直流（DC）電動機是將電能轉換為機械能的電機。根據當今最常見的行業命名慣例，有三種直流電機子類型：直流有刷電機，直流永磁（PM）電機和直流通用電機。正如我們將要看到的，有一些警告和子分類。許多較大的直流電機仍采用電刷和繞線電機，但永磁電機在18馬力以下的分數和整體馬力應用中占主導地位。也就是說，永磁電機在無數設計中越來越普遍。

什么是直流有刷電機，有哪些類型？

這些是Pittman 8000系列直流電刷伺服電機。
一些工程師稱直流有刷電機為繞線電機，因為它是一個纏繞和涂漆的銅線圈，可以產生電磁場。一些工程師還認為所有直流電機都是有刷直流電機，而“無刷直流電機”這個詞用詞不當。
無論是什么術語，都有永磁，分流，串聯和復合繞線直流電動機。

除前者外，所有使用兩個電流：
1.電流通過電樞（轉子）繞組與定子磁場相互作用（用于輸出機械旋轉）和
2.通過定子繞組的電流使得磁場成為問題。

相比之下，永磁刷直流電機使用：
1.電流通過電樞（轉子）繞組與定子磁場相互作用（用于輸出機械旋轉）和
2.  定子上的永磁體使磁場產生問題。

在一個電樞和勵磁線圈并聯的馬達在連接平行所以勵磁電流正比于電機上的負載。在電樞和場線圈串勵電動機連接系列，從而電流僅僅通過磁場線圈通過。復合繞組電動機中的電樞和勵磁線圈包括串聯和并聯繞組。

無論設置如何，有刷直流電機都有換向器和電刷觸點，可將電流傳遞給旋轉轉子的銅線繞組。設計人員可以通過改變轉子電壓（及其電流）或通過調整勵磁繞組電流來改變轉子和定子之間的磁通量來控制速度。轉子換向器桿段的刷子方向機械地控制相位換向。

事實上，直流有刷電機讓設計人員控制勵磁和轉子繞組的方式意味著它們適用于需要簡單且經濟有效的扭矩和速度控制的應用。

也就是說，PM電機的電子設備功能增加意味著這種優勢不像以前那么明顯。更糟糕的是，轉子和定子上的電流產生的熱量限制了電機的連續電流額定值。電機也存在火花危險，因此無法進入爆炸性環境。在直流電機旋轉期間的某些時段，換向器必須反轉電流，從而通過電弧和摩擦減少電機壽命。因此，有刷直流電動機需要更換彈簧和刷子的更多維護，這些彈簧和刷子承載電流，并且更換或清潔換向器。這些部件對于將電力從電動機外部傳遞到電動機內的轉子的旋轉線圈繞組是重要的。

注意：直流有刷電機中的電刷磨損并需要更換，而電刷磨損顆粒意味著設計人員不應在潔凈室中使用直流有刷電機。同樣適用于需要高精度的應用，因為電刷換向器嚙合產生的摩擦會導致較長的位置穩定時間。

串聯直流電動機

如上所述，串聯電動機中的電樞（轉子）和勵磁線圈串聯連接。這意味著整個電樞（轉子）電流傳遞到勵磁繞組。因此，這些電機只需要一個輸入電壓。扭矩等于電流平方。增加電樞（轉子）電流會引起勵磁電流增加。再生制動是不可能的; 當轉子電流通過零并反轉時，勵磁電流崩潰。
當電動機停止時，扭矩最高，因為電樞（轉子）在靜止時不產生反電動勢（bEMF）。當電樞（轉子）加速時，bEMF增加。這反過來又降低了有效電流，電壓和扭矩。在沒有加載的情況下，電機會加速到危險的速度。相反，增加的負載會減慢電機的速度，但會降低bEMF ......并增加扭矩以轉動負載。
串聯電機無法很好地調節速度，因為速度控制取決于對電源電壓的調節。即便如此，它們價格低廉，可以驅動需要高啟動扭矩的設計。例如，設計人員在低功率和高功率汽車機制中使用串聯電機，電動工具，玩具和縫紉機等消費產品以及固定和變速的工業牽引驅動器。設計人員可以通過反轉勵磁或電樞（轉子）繞組連接來反轉串聯電機，并聯直流電動機。

如上所述，并聯 - 繞組電動機中的電樞和勵磁線圈并聯連接......因此勵磁電流與電動機上的負載成比例?？勺冸妷狠斎朐试S速度調節。為并聯電動機提供固定電壓，使其以恒定速度運行。然后向并聯電動機提供增加的電動機電流，以增加扭矩而不會顯著減慢。
在并聯電動機中，勵磁（定子）繞組與電樞（轉子）繞組并聯連接。
使用這些電機，一種稱為弱磁的技術可以在不強制控制器改變輸入電壓的情況下控制速度。場繞組變阻器減小了勵磁（定子）電流，并隨之減小了電樞和磁場之間的磁通量（隔著它們的氣隙）。速度與磁通成反比，因此加速電機。需要注意的是：扭矩與磁通成正比，因此加速度會隨著扭矩輸出的減小而增加。

在弱磁場設置下，當負載增加時，穩定繞組可防止加速。唯一的問題是，反向應用需要反轉這種繞組以適應電樞（轉子）電壓反轉。這需要扭轉接觸器。因此，對于反轉運動，有時制造商只是設計具有更高穩定性的分流電機并省略穩定繞組。

注意：永磁電刷直流電機的操作非常類似于并聯電機，除了現場磁通量生產模式。
在轉子繞組或磁場上反轉并聯繞組電動機的連接可以反轉電動機的旋轉方向; 當轉子電流反轉時，自激勵保持磁場，這意味著電動機可以再生制動。并聯電動機驅動機床和汽車風扇和雨刮器應用。
 
復合繞線電機
單獨激勵的電動機（有時稱為復合繞組電動機）是直流有刷電動機，具有到現場（定子）和電樞（轉子）的獨立電壓供應......以便更好地控制電動機輸出。任一繞組上的輸入電壓都可以控制電機輸出速度和轉矩。大多數制造商都生產帶有串聯和并聯勵磁（轉子）繞組的復合繞線電機。兩個繞組的方向，強度和方向決定了電機的速度 - 轉矩曲線。
 
 
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