技術(shù)知識
解析直流電動(dòng)機(jī)原理和結(jié)構(gòu)
一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理
如上圖所示，為最簡單的直流電動(dòng)機(jī)的原理圖。其換向器是由二片互相絕緣的半圓銅環(huán)（換向片）構(gòu)成的，每一換向片都與相應(yīng)的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)，并與電刷A、B相接觸。若電刷A是正電位，B是負(fù)電位，那么在N極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組ab中的電流從a流向b，在S極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組cd中的電流從c流向d。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁埸中要受到電磁力的作用，根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動(dòng)機(jī)左手定則判斷，如圖中ab邊受力方向是向左，而cd則向右。由于磁場是對稱的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受的電磁力的大小相等。這樣轉(zhuǎn)子線圈上受到的電磁力 f的作用而按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時(shí)，線圈中的電流為零。因此，電磁力也等于零。但由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)過半圈之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是由于電刷和換向片的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中的電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流，則從b流向a。因此，電磁力f的方向仍然不變，轉(zhuǎn)子線圈仍按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。可見，分別在N，S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的。因此，線圈二邊受力方向也不變。這樣，線圈就可以按受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。
二、直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)成
直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。
1.定子部分：
①機(jī)座
機(jī)座一般用導(dǎo)磁性能較好的鑄鋼件或鋼板焊接而成。機(jī)座有兩方面的作用：一方面起導(dǎo)磁作用，作為電機(jī)磁路的一部分。另一方面起安裝、支撐作用。
②主磁極
主磁極通入直流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生電機(jī)工作的主磁場，它由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成。主磁極鐵心為電機(jī)磁路的一部分，主磁極繞組的作用是通入直流電產(chǎn)生勵(lì)磁磁場。
③換向磁極
換向磁極是位于兩個(gè)主磁極之間的小磁極，又稱為附加磁極，其作用是產(chǎn)生換向磁場，改善電機(jī)的換向。它由換向磁極鐵心和換向磁極繞組組成。
④電刷裝置
電刷裝置的作用是通過電刷與換向器的滑動(dòng)接觸，把電樞繞組中的電動(dòng)勢（或電流）引到外電路，或把外電路的電壓、電流引入電樞繞組。
2.轉(zhuǎn)子(電樞)：
直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子又稱電樞，它是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢、電流、電磁轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件。
①電樞鐵心
電樞鐵心是直流電動(dòng)機(jī)主磁路的一部分，在鐵心槽中嵌放電樞繞組。電樞鐵心一般采用硅鋼片疊壓而成。
②電樞繞組
電樞繞組的作用是通過電流產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
③ 換向器 換向器的作用是將電樞中的交流電動(dòng)勢和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動(dòng)勢和電流，從而保證所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向一致。
④轉(zhuǎn)軸
轉(zhuǎn)軸作用是用來傳遞轉(zhuǎn)矩。為了使電機(jī)能可靠地運(yùn)行，轉(zhuǎn)軸一般用合金鋼鍛壓加工而成。
⑤風(fēng)扇
風(fēng)扇用來降低運(yùn)行中電機(jī)的溫升。
三、東莞電機(jī)結(jié)論
直流電機(jī)的運(yùn)行是可逆的。即一臺(tái)直流電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)它作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，外加轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，接通負(fù)載以后提供電流，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。當(dāng)它作為直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，通電的繞組導(dǎo)體在磁場中受力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩并拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將電能變成機(jī)械能。上圖所示為他勵(lì)電機(jī)。勵(lì)磁繞組與電樞回路各自分開，勵(lì)磁繞組由獨(dú)立的直流電源供電。也有用永久磁鐵作為主極磁場的電機(jī)，也可作他勵(lì)。圖中與電樞串接小磁極N、S為換向磁極。
要改變直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，就需要改變直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向，而電磁轉(zhuǎn)矩決定于主極磁通和電樞電流的相互作用，故改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有二種：一是改變勵(lì)磁電流的方向；另一種是改變電樞電流的方向。如果同時(shí)改變勵(lì)磁電流和電樞電流的方向，則電機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。
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