直流電機(jī)是什么？有哪些技術(shù)原理

來(lái)源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時(shí)間：2019-02-15 17:42

直流電動(dòng)機(jī)是以直流電（或直流電的某種操縱形式）形式獲取電能并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)械旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)部件。電動(dòng)機(jī)通過(guò)使用由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)刺激與輸出軸固定的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。輸出扭矩和速度取決于電氣輸入和電機(jī)設(shè)計(jì)。

直流（DC）電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)。根據(jù)當(dāng)今最常見(jiàn)的行業(yè)命名慣例，有三種直流電機(jī)子類型：直流有刷電機(jī)，直流永磁（PM）電機(jī)和直流通用電機(jī)。正如我們將要看到的，有一些警告和子分類。許多較大的直流電機(jī)仍采用電刷和繞線電機(jī)，但永磁電機(jī)在18馬力以下的分?jǐn)?shù)和整體馬力應(yīng)用中占主導(dǎo)地位。也就是說(shuō)，永磁電機(jī)在無(wú)數(shù)設(shè)計(jì)中越來(lái)越普遍。

什么是直流有刷電機(jī)，有哪些類型？

這些是Pittman 8000系列直流電刷伺服電機(jī)。
一些工程師稱直流有刷電機(jī)為繞線電機(jī)，因?yàn)樗且粋€(gè)纏繞和涂漆的銅線圈，可以產(chǎn)生電磁場(chǎng)。一些工程師還認(rèn)為所有直流電機(jī)都是有刷直流電機(jī)，而“無(wú)刷直流電機(jī)”這個(gè)詞用詞不當(dāng)。
無(wú)論是什么術(shù)語(yǔ)，都有永磁，分流，串聯(lián)和復(fù)合繞線直流電動(dòng)機(jī)。

除前者外，所有使用兩個(gè)電流：
1.電流通過(guò)電樞（轉(zhuǎn)子）繞組與定子磁場(chǎng)相互作用（用于輸出機(jī)械旋轉(zhuǎn)）和
2.通過(guò)定子繞組的電流使得磁場(chǎng)成為問(wèn)題。

相比之下，永磁刷直流電機(jī)使用：
1.電流通過(guò)電樞（轉(zhuǎn)子）繞組與定子磁場(chǎng)相互作用（用于輸出機(jī)械旋轉(zhuǎn)）和
2.  定子上的永磁體使磁場(chǎng)產(chǎn)生問(wèn)題。

在一個(gè)電樞和勵(lì)磁線圈并聯(lián)的馬達(dá)在連接平行所以勵(lì)磁電流正比于電機(jī)上的負(fù)載。在電樞和場(chǎng)線圈串勵(lì)電動(dòng)機(jī)連接系列，從而電流僅僅通過(guò)磁場(chǎng)線圈通過(guò)。復(fù)合繞組電動(dòng)機(jī)中的電樞和勵(lì)磁線圈包括串聯(lián)和并聯(lián)繞組。

無(wú)論設(shè)置如何，有刷直流電機(jī)都有換向器和電刷觸點(diǎn)，可將電流傳遞給旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的銅線繞組。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)子電壓（及其電流）或通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁繞組電流來(lái)改變轉(zhuǎn)子和定子之間的磁通量來(lái)控制速度。轉(zhuǎn)子換向器桿段的刷子方向機(jī)械地控制相位換向。

事實(shí)上，直流有刷電機(jī)讓設(shè)計(jì)人員控制勵(lì)磁和轉(zhuǎn)子繞組的方式意味著它們適用于需要簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)有效的扭矩和速度控制的應(yīng)用。

也就是說(shuō)，PM電機(jī)的電子設(shè)備功能增加意味著這種優(yōu)勢(shì)不像以前那么明顯。更糟糕的是，轉(zhuǎn)子和定子上的電流產(chǎn)生的熱量限制了電機(jī)的連續(xù)電流額定值。電機(jī)也存在火花危險(xiǎn)，因此無(wú)法進(jìn)入爆炸性環(huán)境。在直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)期間的某些時(shí)段，換向器必須反轉(zhuǎn)電流，從而通過(guò)電弧和摩擦減少電機(jī)壽命。因此，有刷直流電動(dòng)機(jī)需要更換彈簧和刷子的更多維護(hù)，這些彈簧和刷子承載電流，并且更換或清潔換向器。這些部件對(duì)于將電力從電動(dòng)機(jī)外部傳遞到電動(dòng)機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)線圈繞組是重要的。

注意：直流有刷電機(jī)中的電刷磨損并需要更換，而電刷磨損顆粒意味著設(shè)計(jì)人員不應(yīng)在潔凈室中使用直流有刷電機(jī)。同樣適用于需要高精度的應(yīng)用，因?yàn)殡娝Q向器嚙合產(chǎn)生的摩擦?xí)?dǎo)致較長(zhǎng)的位置穩(wěn)定時(shí)間。

串聯(lián)直流電動(dòng)機(jī)

如上所述，串聯(lián)電動(dòng)機(jī)中的電樞（轉(zhuǎn)子）和勵(lì)磁線圈串聯(lián)連接。這意味著整個(gè)電樞（轉(zhuǎn)子）電流傳遞到勵(lì)磁繞組。因此，這些電機(jī)只需要一個(gè)輸入電壓。扭矩等于電流平方。增加電樞（轉(zhuǎn)子）電流會(huì)引起勵(lì)磁電流增加。再生制動(dòng)是不可能的; 當(dāng)轉(zhuǎn)子電流通過(guò)零并反轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)磁電流崩潰。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，扭矩最高，因?yàn)殡姌校ㄞD(zhuǎn)子）在靜止時(shí)不產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)（bEMF）。當(dāng)電樞（轉(zhuǎn)子）加速時(shí)，bEMF增加。這反過(guò)來(lái)又降低了有效電流，電壓和扭矩。在沒(méi)有加載的情況下，電機(jī)會(huì)加速到危險(xiǎn)的速度。相反，增加的負(fù)載會(huì)減慢電機(jī)的速度，但會(huì)降低bEMF ......并增加扭矩以轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載。
串聯(lián)電機(jī)無(wú)法很好地調(diào)節(jié)速度，因?yàn)樗俣瓤刂迫Q于對(duì)電源電壓的調(diào)節(jié)。即便如此，它們價(jià)格低廉，可以驅(qū)動(dòng)需要高啟動(dòng)扭矩的設(shè)計(jì)。例如，設(shè)計(jì)人員在低功率和高功率汽車機(jī)制中使用串聯(lián)電機(jī)，電動(dòng)工具，玩具和縫紉機(jī)等消費(fèi)產(chǎn)品以及固定和變速的工業(yè)牽引驅(qū)動(dòng)器。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)反轉(zhuǎn)勵(lì)磁或電樞（轉(zhuǎn)子）繞組連接來(lái)反轉(zhuǎn)串聯(lián)電機(jī)，并聯(lián)直流電動(dòng)機(jī)。

如上所述，并聯(lián) - 繞組電動(dòng)機(jī)中的電樞和勵(lì)磁線圈并聯(lián)連接......因此勵(lì)磁電流與電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載成比例?？勺冸妷狠斎朐试S速度調(diào)節(jié)。為并聯(lián)電動(dòng)機(jī)提供固定電壓，使其以恒定速度運(yùn)行。然后向并聯(lián)電動(dòng)機(jī)提供增加的電動(dòng)機(jī)電流，以增加扭矩而不會(huì)顯著減慢。
在并聯(lián)電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁（定子）繞組與電樞（轉(zhuǎn)子）繞組并聯(lián)連接。
使用這些電機(jī)，一種稱為弱磁的技術(shù)可以在不強(qiáng)制控制器改變輸入電壓的情況下控制速度。場(chǎng)繞組變阻器減小了勵(lì)磁（定子）電流，并隨之減小了電樞和磁場(chǎng)之間的磁通量（隔著它們的氣隙）。速度與磁通成反比，因此加速電機(jī)。需要注意的是：扭矩與磁通成正比，因此加速度會(huì)隨著扭矩輸出的減小而增加。

在弱磁場(chǎng)設(shè)置下，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，穩(wěn)定繞組可防止加速。唯一的問(wèn)題是，反向應(yīng)用需要反轉(zhuǎn)這種繞組以適應(yīng)電樞（轉(zhuǎn)子）電壓反轉(zhuǎn)。這需要扭轉(zhuǎn)接觸器。因此，對(duì)于反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有時(shí)制造商只是設(shè)計(jì)具有更高穩(wěn)定性的分流電機(jī)并省略穩(wěn)定繞組。

注意：永磁電刷直流電機(jī)的操作非常類似于并聯(lián)電機(jī)，除了現(xiàn)場(chǎng)磁通量生產(chǎn)模式。
在轉(zhuǎn)子繞組或磁場(chǎng)上反轉(zhuǎn)并聯(lián)繞組電動(dòng)機(jī)的連接可以反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向; 當(dāng)轉(zhuǎn)子電流反轉(zhuǎn)時(shí)，自激勵(lì)保持磁場(chǎng)，這意味著電動(dòng)機(jī)可以再生制動(dòng)。并聯(lián)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床和汽車風(fēng)扇和雨刮器應(yīng)用。
 
復(fù)合繞線電機(jī)
單獨(dú)激勵(lì)的電動(dòng)機(jī)（有時(shí)稱為復(fù)合繞組電動(dòng)機(jī)）是直流有刷電動(dòng)機(jī)，具有到現(xiàn)場(chǎng)（定子）和電樞（轉(zhuǎn)子）的獨(dú)立電壓供應(yīng)......以便更好地控制電動(dòng)機(jī)輸出。任一繞組上的輸入電壓都可以控制電機(jī)輸出速度和轉(zhuǎn)矩。大多數(shù)制造商都生產(chǎn)帶有串聯(lián)和并聯(lián)勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）繞組的復(fù)合繞線電機(jī)。兩個(gè)繞組的方向，強(qiáng)度和方向決定了電機(jī)的速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線。
 
 
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