直流电动机的基本工作原理

直流电动机的构造较复杂，价格也比交流电动机昂贵,维护维修也较困难。近年来，由于变频调速技术的发展，在中小功率的电动机调速领域中，交流电动机正逐步取代直流电动机。尽管如此，由于直流电动机具有转速稳定、便于大范围平滑调速、起动转矩较大等优点，因此，广泛用于要求进行平滑、稳定、大范围的调速或需灵活控制起动、制动的生产机械。特别是对调速要求较高的工作装置(特别是大功率的工作装置)仍然采用直流电动机来驱动。事实上、直流电动机调速技术也随着电力电子技术的发展而不断地发展和完善着。这里主要介绍直流电动机的基本工作原理、基本构造、运行特性和调速方法。
直流电动机的基本工作原理是建立在电磁感应和电磁力的基础上的。图1为直流电动机的基本构成图。

    图1  直流电动机的基本构成团   
它主要由磁极、电枢、电刷及换向片(又称整流子或转换器)等三大部分构成。
N、s两个磁极在工作时固定不动，故又称定子。定子磁极用于产个主磁场。在永磁式直流电动机中(一般为小功率的直流电动机)，磁极采用永磁材料制成。充磁后即可产生恒定磁场。在他励式直流电动机中，磁极由冲压的硅钢片迭加而成；外绕励磁线圈，由外加励磁电流才能产生磁场。在磁极的内側有一个安装在轴承上可以转动的铁心(电枢铁心，为便于看清结构，图中用双点画线表示铁心)。
电枢是直流电动机中的转动部分，故又称转子。它由硅钢片叠成，并在表面嵌有绕组(电枢绕组)(图中只画出了一匝)。绕组的起头和终端接在与电枢铁心同轴转动的一个换向片上，同固定在机座上的电刷联接，而与外加的电枢电源相连。
当电枢绕组中通过直流电时，在定子磁场的作用下就会产生带动负载旋转的电磁力和电磁转矩，驱动转子旋转。产生的直流电动机  的电磁转矩下式表示：
  T＝KmΦId                  （1）

        图2  直流电动机的截面图
式中: T-电磁转矩(N.m)；          1-主极；2-励磁绕组；3-附加极；4附加极绕组；
 Φ-对磁极的磁通(Wb)；       5-极掌；6-极心；7-电枢；8-通份槽；9-电枢绕组；
     Id-电枢电流(A)；                     10-空气隙；11-轭
 Km-与电动机结构有关的常数。
Km＝PN／2πa (其中,P为磁极对, a为电枢绕组并联支路数、N为切割磁通的电枢总导体数。)
图2为四极直流电动机的截面图。由图可见直流电动机的基本构造。它由主极、励磁绕组、附加极、附加极绕组、电枢、电枢绕组、轭等构成。