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直流电动机的工作原理是什么？有哪些种类？

时间：2020/8/27 10:28:35 浏览次数：3606 字体：大中小

理论上，同一台直流电机可以用作电动机或发电机。因此，直流电动机的构造与直流发电机的构造相同。

直流电动机的工作原理

电动马达是一个电机，其将电能转换成机械能。直流电动机的基本工作原理是：“ 每当载流导体置于磁场中时，它就会受到机械力”。该力的方向由弗莱明的左手定则给出，其大小可由公式F = BIL算出。其中，B =磁通密度，I =电流，L =磁场内导体的长度。

弗莱明（Fleming）的左手法则：如果我们将左手的第一根手指，第二根手指和拇指伸展到彼此垂直，并且磁场的方向由第一根手指表示，则电流的方向由第二根手指表示，则拇指代表载流导体所受力的方向。当电枢绕组连接到直流电源时，绕组中会产生电流。磁场可以通过磁场绕组（电磁）或通过使用永磁体来提供。在这种情况下，根据上述原理，载流电枢导体会受到磁场的作用力。

换向器被分段以实现单向转矩。否则，每当导体的运动方向在磁场中反转时，力的方向就会每次都反转。这就是直流电动机的工作原理！

反电动势

根据自然的基本定律，只有在存在某种反对转换之前，才能进行能量转换。对于发电机，这种反作用是由磁阻提供的，但是对于直流电动机，则存在反电动势。

当电动机的电枢旋转时，导体也会切断磁通线，因此，根据法拉第电磁感应定律，电动势会在电枢导体中产生。该感应电动势的方向应使其与电枢电流（I a）相对。反电动势的大小可以由直流发电机的电动势方程式给出。

反电动势的意义：

反电动势的大小与电动机的速度成正比。假如直流电动机上的负载突然减小了，所需扭矩将比当前扭矩小。由于过大的扭矩，电动机的速度将开始增加。因此，与速度成正比，反电动势的大小也会增加。随着反电动势的增加，电枢电流将开始减小。转矩与电枢电流成正比，转矩也将减小，直到变得足以承受负载为止。因此，电动机的速度将调节。

另一方面，如果突然加载了直流电机，则负载将导致速度降低。由于速度降低，反电动势也将降低，从而允许更大的电枢电流。电枢电流的增加将增加转矩以满足负载要求。因此，反电动势的存在使直流电动机“自我调节”。

直流电动机通常根据其励磁配置进行分类，如下所示：

单独励磁（励磁绕组由外部电源供电）

绕线（励磁绕组与电枢串联）

分流绕组（励磁绕组与电枢并联）

长分流

短分流

交流和直流电动机之间的主要区别在于：定子产生的磁场在交流壳体中旋转。通过端子引入三个电相，每个相为一个单独的励磁极供电。当各相达到其最大电流时，该极处的磁场将达到最大值。随着电流减小，磁场也会减小。由于每个相在电流周期内的不同时间达到最大值，因此磁场最大的那个磁场极在三个极之间不断变化，从而使转子看到的磁场正在旋转。磁场的旋转速度（称为同步速度）取决于频率电源和定子绕组产生的极数的关系。对于美国使用的标准60 Hz电源，最大同步速度为3600 rpm。

在三相感应电动机中，转子上的绕组没有连接到电源，而是基本上短路。转子绕组最常见的类型是鼠笼式绕组，与宠物沙鼠笼中使用的行走轮非常相似。当电动机最初启动且转子静止时，转子导体会经历以同步速度扫过的变化磁场。根据法拉第定律，这种情况导致转子绕组周围产生电流。该电流的大小取决于转子绕组的阻抗。由于现在满足了电动机作用的条件，也就是说，在磁场中找到了载流导体，因此转子会经历转矩并开始旋转。转子永远不会以同步速度旋转，因为磁场和转子绕组之间不会有相对运动，也不会感应出电流。感应电动机的起动转矩高。

在鼠笼式电动机中，电动机速度由其驱动的负载以及在定子中产生磁场的磁极数决定。如果接通或断开某些极点，则可以通过增量来控制电动机速度。在绕线转子电动机中，可以从外部改变转子绕组的阻抗，从而改变绕组中的电流，从而实现连续的速度控制。

三相同步电动机与感应电动机大不相同。在同步电动机中，转子使用直流励磁线圈来产生恒定磁场。在使转子接近电动机的同步速度之后，转子磁体的北极（南极）锁定到旋转的定子磁场的南极（北极），并且转子以同步速度旋转。同步电动机的转子通常将包括一个鼠笼式绕组，该绕组用于在直流线圈通电之前开始电动机的旋转。由于上述原因，鼠笼在同步速度下不起作用。

在大多数家庭环境中使用的单相感应和同步电动机的工作原理与三相电动机所解释的原理相似。然而，由于单相不会单独产生旋转磁场，因此必须进行各种修改以产生启动扭矩。因此，感应电动机采用分相，电容启动或阴影极设计。用于定时器，时钟，录音机等的同步单相电动机依赖于磁阻或磁滞设计。

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