直流发电机的结构与工作原理（详解直流电机的工作原理）

您可以在许多便携式家用电器，汽车和各种工业设备中找到直流电机。在这篇文章中，我们将从逻辑上理解商用直流电机的操作和结构。

工作

让我们首先从最简单的直流电机开始。它看起来如图1所示。定子是永磁体并提供恒定的磁场。作为旋转部件的电枢是简单的线圈。

图1简化的直流电机，采用永久磁铁运行

电枢通过一对换向器环连接到DC（直流）电源。当电流流过线圈时，根据洛伦兹定律在其上感应出电磁力，因此线圈将开始旋转。由电磁感应引起的力使用图2中的“红色箭头”显示。

图2线圈上感应的电磁力使电枢线圈旋转

您会注意到，当线圈旋转时，换向器环与相反极性的电源连接。结果，在线圈的左侧，电流将始终“流走”，而在右侧，电力将始终“流向”。这确保了扭矩作用在整个运动中也在相同的方向上，因此线圈将继续旋转。

图3换向器环确保单向电流过线圈的左右

改善扭矩动作

但是如果仔细观察线圈上的扭矩动作，您会注意到，当线圈几乎垂直于磁通量时，扭矩动作接近于零。

图4线圈接近磁通量时产生的转矩接近零

因此，如果运行这样的直流电机，转子会有不规则的运动。这是克服这个问题的诀窍！再向转子添加一个回路，并为其分别设置换向器。在这种布置中，当第一环路处于垂直位置时，第二环路将连接到电源。因此，系统中始终存在动力。

图5对于2线圈的转子布置

而且，这种环越多，电机旋转就越平滑。在实际的电动机中，电枢环安装在高渗透性钢层的槽内。这将增强磁通量相互作用。弹簧加载的换向器刷有助于保持与电源的接触。

图6线圈数量越多，电机转动越平滑

使用电磁铁

永磁定子极仅用于非常小的直流电动机。大多数情况下使用电磁铁; 电磁铁的励磁线圈由相同的直流电源供电。

图7直流电机大部分时间都使用电磁铁

分流器和系列电动机

励磁线圈可以以两种不同的方式连接到转子绕组;平行或系列。这导致2种不同类型的直流电动机结构; 分流器和一系列电动机。

图8在电动机中转子线圈和定子串联

串联绕线电机具有良好的启动转矩，但其负载速度急剧下降。这种性质如图8所示。分流电动机具有较低的启动转矩，但无论作用在电动机上的负载如何，它都能以几乎恒定的速度运行。这是并联绕组电动机的有吸引力的操作特性，速度 - 转矩变化的性质如图10所示。

图9并联电机在励磁和定子之间并联

图10分流电机提供恒定的速度

反电动势的概念

与其他电机不同，直流电机具有独特的特性; 反电动势的产生。磁场中的旋转环将根据电磁感应原理产生EMF。

图11反电动势电流减少电枢电流

旋转电枢环的情况也是一样的。将引发内部EMF，其与施加的输入电压相反。反电动势大幅减少了电枢电流。反电动势与转子速度成正比。在电动机启动时，反电动势太低，因此电枢电流变得太高，导致转子烧坏。因此，在大型DC（直流）电动机中需要适当的启动机构来控制所施加的输入电压。

直流电机的一个有趣的变化是通用电机，它能够在交流和直流电源下运行。我们将在另一篇文章中介绍其工作和操作功能。