2。2直流電機(jī)的工作原理
圖2—6和圖2_7分別是******的直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的模型。N和s是一對(duì)固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是****磁鐵。磁極之間有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，稱(chēng)為電樞鐵心。鐵心表面固定一個(gè)電樞線圈，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個(gè)弧形銅片上，弧形銅片稱(chēng)為換向片，它們的組合體稱(chēng)為換向器。在換向器上放置固定不動(dòng)而與換向片滑動(dòng)接觸的電刷B1和B2，線圈通過(guò)換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向構(gòu)成的整體稱(chēng)為電樞。
從這兩幅圖可以看出，無(wú)論是直流發(fā)電機(jī)還是直流電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)是相同的。如果使用一臺(tái)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在直流電機(jī)的電刷兩端，接一負(fù)載電阻，此時(shí)的直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行；將原動(dòng)機(jī)去掉，而在直流電機(jī)的電刷兩端接一直流電源，這時(shí)電機(jī)將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)的直流電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。所以一個(gè)直流電機(jī)既可以作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
一 直流發(fā)電機(jī)的工作原理
當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)子由一原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，在逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)(見(jiàn)圖2—6)，
電樞線圈的導(dǎo)體在氣隙磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而“切割”其磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，于是在導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。正如圖2—6所示瞬間，導(dǎo)體A處于N極下，根據(jù)右手定則，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向由紙面出來(lái)；導(dǎo)體X處于s極下，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)檫M(jìn)入紙面方向。這樣，從兩個(gè)電刷間引出的線圈的電動(dòng)勢(shì)是兩者之和。電刷B1為高電位(+)，電劇B2為低電位( -)。
在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，電刷固定不動(dòng)，導(dǎo)體A和導(dǎo)體x交替處在N極和s極下，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向不斷地改變，但由于換向器的整流作用，由兩個(gè)電刷引出的電動(dòng)勢(shì)的方向卻是不變的，這樣就構(gòu)成了一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，當(dāng)接上負(fù)載就會(huì)有直流電流輸出
直流電機(jī)電刷下的電動(dòng)勢(shì)常用下式表示
式中 KE——電機(jī)結(jié)構(gòu)系數(shù)；
φ——每個(gè)磁極下的磁通(wb)；
n——電樞轉(zhuǎn)速(r／min).
二 流電動(dòng)機(jī)的工作原理
如果去掉原動(dòng)機(jī)，并在兩個(gè)電刷加上直流電源其極性如圖2-7所示，直流電流從電刷B1流人，自電刷B2流出。根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，方向可由左手定則判定。對(duì)于在圖中所示時(shí)刻，線圈導(dǎo)生A和導(dǎo)體x所受力的方向正好相反，從而產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。
在直流電動(dòng)機(jī)中，外加電壓并不是直接加在線圈兩端，而是通過(guò)電刷B1、B2和換向器再加到線圈上。由于電刷固定不動(dòng)，對(duì)于圖2_7中的情況，電流i總是從電刷B1流人，從電刷B2流出。所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，A、x兩個(gè)導(dǎo)體輪流交替地處于N極和s極下時(shí)，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改變而同時(shí)改變方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，使電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)換向器起到將外電路的直流改變?yōu)榫�圈內(nèi)交流的“逆變”作用。
直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩常用下式表示
T=KTφIa
式中 KT——電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)系數(shù)；
φ——每個(gè)磁極下的磁通(wb)；
Ia——電樞電流(A)。
三 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式
直流電機(jī)的主磁場(chǎng)由勵(lì)磁線圈通人直流電流產(chǎn)生，只有微型直流電機(jī)才采用****磁鐵。勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁線圈的供電方式。直流電機(jī)的運(yùn)行性能與勵(lì)磁方式有密切的關(guān)系。按勵(lì)磁供電方式不同，直流電機(jī)可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類(lèi)。
1．他勵(lì)電機(jī)
他勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁電流由獨(dú)立的直流電源供電，其大小與電樞兩端電壓無(wú)關(guān)，如圖2—8a所示，有較好的運(yùn)行性能。
2．自勵(lì)電機(jī)
自勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接，按連接方式不同又分為：并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)三種，如圖2—8b、c、d所示。
并勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，因其勵(lì)磁電流受電機(jī)端電壓波動(dòng)的影響故其運(yùn)行性能略次于他勵(lì)式電機(jī)。
串勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁電流與電樞電流相等。其主磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與負(fù)載電流大小有直接關(guān)系，所以僅對(duì)電機(jī)有特殊性能要求時(shí)才采用。
復(fù)勵(lì)電機(jī)的同一磁極有兩套勵(lì)磁繞組，一套繞組與電樞繞組并聯(lián)(或其他電源供給)，另一套繞組與電樞繞組串聯(lián)。
本節(jié)敘述和討論了直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理以及它們的勵(lì)磁方式，直流發(fā)電機(jī)主要用作直流電源，但由于近年來(lái)電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，目前，在很多領(lǐng)域，直流發(fā)電機(jī)正逐步被靜止的直流電源設(shè)備所取代。因此，下面我們把討論的重點(diǎn)放在直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性和應(yīng)用上。
|
