直流电动机的构造和基本工作原理

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：电枢铁心和电枢绕组称为电枢，是直流电动机的旋转部分。换向器即是直流电动机的一个关键部件，也是区别于交流电动机的重要特征。从空载到满载，转速下降仅为额定转速的5%～10%，所以说并励直流电动机具有较硬的机械特性。

图5-21 直流电动机工作原理图

1、2—铜片

A、B—电刷

1.简单工作原理

图5-21所示为直流电动机工作原理图，在两个固定磁极之间有一个可以转动的圆柱形铁，在铁心上放有一匝线圈abcd。线圈两端头分别接在两块互相绝缘的铜片1和2上，铜片固定在轴上并与轴绝缘。这两块半圆形铜片叫换向片，组成最简单的换向器。由铁心、线圈、换向器构成的旋转体称为电枢。换向器上装有位置固定的电刷A和B，当电刷接通直流电源后，电流由电刷A经换向器和线圈，再经电刷B流回电源。线圈的两边ab和cd此时成了磁场中的载流导体，按照左手定则可确定ab和cd所受电磁力的方向，它将对电枢产生一个逆时针方向的转矩，这个转矩称为电磁转矩。在电磁转矩作用下，电枢按逆时针方向旋转。当线圈abcd转至水平位置时，换向片1和2与电刷A和B正好不接触。这时电枢无电流，但电枢的转动惯性必然会使线圈abcd越过这水平位置。此时换向片1和2将分别与电刷B和A接触，则保持了近N极的线圈边电流流进，而近S极的线圈边电流流出。这样电磁转矩方向不变，电枢就能顺着一个方向连续地旋转，这就是直流电动机转动的原理。

2.基本结构

直流电动机的结构如图5-22所示，它由固定不动的定子和转动的转子两个基本部分组成。

（1）定子直流电动机的定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等主要部件组成。主磁极由磁极铁心和励磁绕组构成，其作用是产生一恒定的主磁场。换向极又称附加极，安装在相邻的两主磁极之间，由换向极铁心和与电枢绕组串联的换向极绕组构成，其作用是用来产生附加磁场以改善换向。机座由铸钢或厚钢板制成，其作用一是用来固定主磁极、换向极和端盖；二是作为磁路的一部分。电刷装置由电刷、刷握等零件构成，借助弹簧的作用，使固定不动的炭质电刷与旋转的换向器之间保护滑动接触，从而把外加直流电引进电枢绕组中。

图5-22 直流电动机的结构

1—风扇 2—机座 3—电枢 4—主磁极 5—电刷装置 6—换向器 7—接线板 8—出线盒 9—换向磁 10—端盖

（2）转子直流电动机的转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器等主要部件组成。电枢铁心和电枢绕组称为电枢，是直流电动机的旋转部分。电枢铁心由硅钢片叠压而成，用来放置电枢绕组并构成磁路的一部分。电枢绕组由许多按一定规律联接的线圈组成，线圈嵌放在电枢槽内，然后与换向片相联。换向器即是直流电动机的一个关键部件，也是区别于交流电动机的重要特征。换向器由许多换向片组成，换向片之间用云母绝缘。电枢绕组的导线按一定规律与换向片相接。在换向器的表面装有固定不动的电刷，从而使旋转的电枢绕组与外电源相连。

3.直流电动机的类型

按励磁方式不同，可以把直流电动机分成以下几类：

（1）他励直流电动机图5-23a是他励直流电动机的结构示意图。其励磁绕组和电枢绕组分别用两个直流电源供电，所以叫做他励电动机。图5-23中凡是磁场调节电阻。由于这种电动机运行稳定，可以实现大范围的均匀调速，常用在龙门刨床、大型铣床以及其他设备的电动机拖动。

（2）并励直流电动并励直流电动机励磁绕组与电枢绕组并联在同一电源上，如图5-23b所示。励磁绕组承受着电枢绕组两端的全部电压，其值较高。为了减小励磁绕组的铜损耗，并励绕组采用的匝数多，导线细，以提高其电阻值。这样在保证产生足够的磁通的前提下，减小了励磁电流。(https://www.chuimin.cn)

图5-23 几种直流电动机的结构

a）他励 b）并励 c）串励 d）复励

（3）串励直流电动机串励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组串联后接在直流电源上，如图5-23c所示。由于励磁电流就是电枢电流，所以电动机中的磁通将随电枢电流的变化而变化。

（4）复励直流电动机复励直流电动机的磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个则与电枢绕组并联，如图5-23d所示。

4.并励直流电动机运行的基本知识

并励直流电动机的励磁绕组匝数较多，直流电阻较大，这样可以减小励磁电流（图5-24a中R为励磁电流调节电阻）。而电枢绕组的电阻较小，故并励直流电动机的总电流为I=I_枢+I_励。I_励与电源电压U成正比，与励磁电路的电阻成反比。如果外加电压和励磁电路的电阻保持不变，则主磁通也保持不变，由U=E_反+I_枢R_枢，E反=C_eϕn，得到转速与电枢电流的关系为

n=（U-I_枢R_枢）/（C_eϕ）

式中 C_e——电动势常数；

ϕ——总磁通；

n——电动机转速。再将（由于电动机转矩T正比于I_枢）T代替上式中的I_枢，可将上式改写成

n=U/（C_eϕ）-[R_枢/（C_eϕ）]T

由上式可知，在其他条件不变的情况下，并励电动机的转速将随转矩的增加而近似地按线性规律下降。但因及枢电阻很小，所以转速下降也很小，如图5-24b所示。从空载到满载，转速下降仅为额定转速的5%～10%，所以说并励直流电动机具有较硬的机械特性。并励电动机应用很广，使用中切忌在电动机运转时断开励磁电路，造成励磁电流等于零，主磁极上仅有很少的剩余磁通。此时电枢中的反电动势很小，电枢电流将急剧增加（特别是轻载时），转速也将急剧增加（俗称“飞车”），从而引起严重后果。

图5-24 并励直流电动机

a）电路 b）机械特性

直流电动机的构造和基本工作原理

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