直流电机的工作原理 用图做说明
永磁无刷直流电机基本结构:
在传统直流电机基础上发展起来的永磁无刷直流电机,在结构上两者基本一致,不同的是永磁无刷直流电机的电枢绕组置于定子上,这点类似于交流电机的绕组,同时一般采用多相的形式,其中目前情况下三相应用的最多;其转子为永磁体,并且采用电子换向,定子磁场与转子永磁磁场之间的相互作用产生电磁转矩。永磁无刷直流电机根据永磁体的形状和磁路结构的不同,其气隙磁场波形有方波、梯形波、正弦波三种,反电势的波形对应相同。通常,反电势是正弦波的电机称为永磁同步电机。波形为其他两种类型的则称为永磁无刷直流电机。
永磁无刷直流电机的组成:
它主要有三部分组成。转子的结构有凸极式和内嵌式两种,且由永磁材料制成。定子上的电枢与永磁有刷直流电机相反,所以它具有旋转的磁场和固定的电枢。
永磁无刷直流电机的工作原理:
为了更好的阐述永磁无刷直流电机的工作原理,对电动车用三相星型连接形全桥驱动的永磁无刷直流电机进行分析,研究其正反转的工作状况。电机控制系统的主电路如图1所示。
图1永磁无刷直流电机的全桥驱动电路图
图2永磁无刷直流电机工作原理示意图
当电机的转子处于图2(a)中所示位置时,来自位置传感器信号通过控制系统进行逻辑变换后输出控制信号使电机的A、B两相绕组导通,电流从A相流进去,B相流出来,产生电磁转矩使电机顺时针方向转动;以60°电角度为基准以此类推,易知电机转子到达图9(b)中所示位置时电机绕组的导通情况。当绕组导通相的顺序为AB—AC—BC—BA—CA—CB—AB时,电机往顺时钟方向旋转。同理,当在图9(a)所示的位置时,若电流是经过B、C两相,则产生的电磁转矩会使电机向反向转动,当电机电枢绕组导通顺序为BC—AC—AB—CB—CA—BA—BC时,电机就会朝逆时钟方向转动。所以,要实现电机的顺时针或者逆时针转动,只需改变电机导通的逻辑顺序即可。
直流电机的基本工作原理
直流励磁的磁路在电工设备中的应用,除了直流电磁铁(直流继电器、直流接触器等)外,最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发电机;锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外,在许多工业部门,例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等,通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源,向负载输出电能;直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作,向负载输出机械能。在控制系统中,直流电机还有其它的用途,例如测速电机、伺服电机等。虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同,但是它们的结构基本上一样,都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。
直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题,消耗有色金属较多,成本高,运行中的维护检修也比较麻烦。因此,电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能,并且大量代替直流电动机。不过,近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面,已经取得了很大进展。包括直流电机在内的一切旋转电机,实际上都是依据我们所知道的两条基本原则制造的。一条是:导线切割磁通产生感应电动势;另一条是:载流导体在磁场中受到电磁力的作用。因此,从结构上来看,任何电机都包括磁场部分和电路部分。从上述原理可见,任何电机都体现着电和磁的相互作用,是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。我们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理,就是讨论直流电机中的“磁”和“电”如何相互作用,相互制约,以及体现两者之间相互关系的物理量和现象(电枢电动势、电磁转矩、电磁功率、电枢反应等)。
一、 直流发电机的基本工作原理
直流发电机和直流电动机具有相同的结构,只是直流发电机是由原动机(一般是交流电动机)拖动旋转而发电。可见,它是把机械能变为电能的设备。直流电动机则接在直流电源上,拖动各种工作机械(机床、泵、电车、电缆设备等)工作,它是把电能变为机械能的设备。但是,当前已经有可控硅整流装置替代了直流发电机,为了能使大家更好的理解直流电动机,有必要同时讲述一下直流发电机的原理。
我们首先来观察直流发电机是怎样工作的。
如图1所示,电刷A、B分别与两个半园环接触,这时A、B两电刷之间输出的是直流电。我们再来看看这时线圈在磁极之间运动的情况。从图1(a)可以看出,当线圈的ab边在N极范围内按逆时针方向运动时,应用发电机右手定则,这时所产生的电动势是从b指向a。这时线圈的cd边则是在S极范围内按逆时针方向运动,依据发电机右手定则可以判断,cd边中的感应电动势方向是从d指向c。从整个线圈来看,感应电动势的方向是d-c-b-a。因此,和线圈a端连接的铜片1和电刷A是处于正电位;而和线圈的d端连接的铜片2和电刷B是处于负电位。如果接通外电路,那么电流就从电刷A经负载流入电刷B,与线圈一起构成闭合的电流通路。
当线圈的ab边转到S极范围内时,cd边就转到N极范围内(图1,b),用右手定则判断可以知道,这时线圈cd边中产生的电动势方向是从c到d,而ab边转到了S极范围内,其中电动势的方向则是有a到b。由于电刷在空间是不动的,因此和线圈d端连接的铜片2和电刷A接触,它的电位仍然是正。而与线圈a端连接的铜片1则和电刷B接触,它的电位仍然是负。接通外电路时,电流仍然是从电刷A经负载流入电刷B,与线圈一起构成闭合的电流通路。不过,要注意到这时线圈内的电流已经反向了。
由此可知,当线圈不停地旋转时,虽然与两个电刷接触的线圈边不停的变化,但是,电刷A始终是正电位,电刷B始终是负电位。因此,有两电刷引出的是具有恒定方向的电动势,负载上得到的是恒定方向的电压和电流。也就是说,尽管线圈abcd中感应电动势的方向不断交变,但是电刷A总是和处在N极范围内的线圈边接触,电刷B总是和处在S极范围内的线圈边相接触,它们的极性始终不变。于是,线圈中的交流电经过铜片和电刷整流后,便成为外电路中的直流电了。这两个半圆形的铜片就叫做换向片,它们合在一起叫做换向器。
二、 直流电动机的基本工作原理
上面已经讨论了直流发电机的工作原理,现在再来讨论直流电动机是怎样工作的。
如果直流电机的转子不用原动机拖动,而把它的电刷A、B接在电压为U的直流电源上(如图2所示),那么会发生什么样的情况呢?从图上可以看出,电刷A是正电位,B是负电位,在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b,在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。前面已经说过,载流导体在磁场中要受到电磁力的作用,因此,ab和cd两导体都要受到电磁力Fde的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向,利用电动机左手定则判断,ab边受力的方向是向左,而cd边则是向右。由于磁场是均匀的,导体中流过的又是相同的电流,所以,ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样,线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时,线圈中的电流等于零,电磁力等于零,但是由于惯性的作用,线圈继续转动。线圈转过半州之后,虽然ab与cd的位置调换了,ab边转到S极范围内,cd边转到N极范围内,但是,由于换向片和电刷的作用,转到N极下的cd边中电流方向也变了,是从d流向c,在S极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此,电磁力Fdc的方向仍然不变,线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见,分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的,因此,线圈两个边的受力方向也不变,这样,线圈就可以按照受力方向不停的旋转了,通过齿轮或皮带等机构的传动,便可以带动其它工作机械。
从以上的分析可以看到,要使线圈按照一定的方向旋转,关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时(也就是导体经过中性面后),导体中电流的方向也要同时改变。换向器和电刷就是完成这个任务的装置。在直流发电机中,换向器和电刷的任务是把线圈中的交流电变为直流电向外输出;而在直流电动机中,则用换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见,换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。
当然,在实际的直流电动机中,也不只有一个线圈,而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中,当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动,就带动整个转子旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。
比较直流发电机和直流电动机的工作原理可以看出,它们的输入和输出的能量形式不同的。正如前面已经说过,直流发电机由原动机拖动,输入的是机械能,输出的是电能;直流电动机则是由直流电源供电,输入的是电能,输出的是机械能
直流电动机的工作原理
导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来。 图1.3 直流电动机的原理模型 当电枢转了180°后,导体 cd转到 N极下,导体ab转到S极下时,由于直流电源供给的电流方向不变,仍从电刷 A流入,经导体cd 、ab 后,从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左,导体ab 受力方向是从左向右,产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 图1.4 直流电动机原理模型 因此,电枢一经转动,由于换向器配合电刷对电流的换向作用,直流电流交替地由导体 ab和cd 流入,使线圈边只要处于N 极下,其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向,而在S 极下时,总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向,从而形成一种方向不变的转矩,使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。
直流电机的工作原理,基本模型动画,你看懂了吗?
五底生脉: 如果直流电机的转子不用原动机拖动,而把它的电刷A、B接在电压为U的直流电源上(如图2所示),那么会发生什么样的情况呢?从图上可以看出,电刷A是正电位,B是负电位,在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b,在S极范围内的导...
泾川县17143617372: 直流电动机是如何转动起来的?请说明它的工作原理 - ?
五底生脉:[答案] 你还是看看动画演示就明白: 工作原理 直流电动机在工作是让线圈始终交替地处于不稳定状态和非稳定平衡状态,通过两个半圆环形电枢将线圈的稳定平衡状态消除掉.这样,载流线圈在磁场中就会一直地转动下去.
泾川县17143617372: 直流发电机的原理及图(越祥越好,谢!) - ?
五底生脉: 一、直流发电机的工作原理 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理. 电刷上不加直流电压,用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动,线...
泾川县17143617372: 如图所示是直流电动机的原理图.(1)直流电动机的原理是 - -----.(2)直流电动机工作时,将------能转化 - ?
五底生脉: (1)直流电动机是利用通电导体在磁场中受力运动的原理制成的; (2)直流电动机在工作时,消耗电能而转化为机械能; (3)图中的N、S叫做磁体,A、B是电刷,C、D叫做铜半环,A、B和C、D组成了换向器. 故答案为:(1)通电线圈在磁场中受力转动;(2)电;机械;(3)磁体;电刷;铜半环;换向器.
泾川县17143617372: 直流电机的工作原理 用图做说明?
五底生脉: 直流电动机的工作原理导体受力的方向用左手定则确定.这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动.如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例...
泾川县17143617372: 直流电动机的工作原理(最好有图)(初中物理) - ?
五底生脉: 直流电动机的基本工作原理是利用(磁场)对电流的影响使线圈转动.也就是通电导体在磁场中收到力的作用.图:http://www.kxwlj.org.cn/upload/gallery/200522091543.bmp
泾川县17143617372: 直流电动机的工作原理是什么? - ?
五底生脉: 当线圈通电后,转子周围产生磁场,转子的左侧被推离左侧的磁铁,并被吸引到右侧,从而产生转动.转子依靠惯性继续转动.当转子运行至水平位置时电流变换器将线圈的电流方向逆转,线圈所产生的磁场亦同时逆转,使这一过程得以重复. ...
泾川县17143617372: 请问直流电动机的工作原理是什么 - ?
五底生脉: 一.直流电机的物理模型图解释.这是分析直流电机的物理模型图.其中,固定部分有磁铁,这里称作主磁极;固定部分还有电刷.转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组.(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方...
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五底生脉: 永磁直流电机按照有无电刷可分为永磁无刷直流电机和永磁有刷直流电机.永磁直流电机是用永磁体建立磁场的一种直流电机.永磁直流电机广泛应用于各种便携式的电子设备或器具中,如录音机、VCD机、电唱机、电动按摩器及各种玩具,也...
泾川县17143617372: 如图中的 - ---- - 是直流电动机的工作原理图.直流电动机在日常生活中的应用实例有------.电动机是将电能 - ?
五底生脉: B中有电源,所以B是直流电动机的工作原理图;直流电动机在日常生活中的应用实例有电动自行车等;电动机是将电能转化为机械能的装置. 故答案为:B;电动自行车;机械.