直流电动机工作原理-汽车电工电子技术

1.工作原理

我们以最简单的直流电动机模型来说明直流电动机的转动原理。如图5-6 所示，N、S 为一对主磁极，通过直流电源励磁产生恒定磁场，励磁绕组未在该图中画出。电枢绕组也只是示意性地画了一个线圈，1、2 为两个换向片，它们与电枢绕组相连，A、B 两个电刷与外电路相连。

图5-6　最简单直流电动机的转动原理图

直流电动机接通直流电源之后，电刷两端加了电压U，A 刷为正，B 刷为负，换向片1与A 刷接触，换向片2 与B 刷接触，电流 Ia方向：正极性端→从电刷A（+）→换向片1→线圈abcd→换向片2→电刷B（-）→负极性端。

用左手定则可以判断ab 边受到的力垂直边水平向左，cd 边受到的力垂直cd 水平向右，这一对力使电枢产生电磁力矩，使得电枢沿逆时针方向转动起来。

电枢转过180°之后，ab 边在下，cd 边在上，因为电刷固定不动，换向片与电枢一起转动，所以此时换向片1 与B 刷接触，换向片2 与A 刷接触，电流方向：正极性端→电刷A（+）→换向片2→线圈dcba→换向片1→电刷B（-）→负极性端，形成一个回路。电枢绕组中的电流已经反向。此时用左手定则可以判断，ab 和cd 边产生的电磁转矩仍然使电枢沿逆时针方向转动，所以电枢旋转方向始终不变。

通过以上分析可知，电刷和换向器的作用是将电源的直流电及时转换成交流电送给电枢绕组，以保证电枢的电磁转矩方向不变，使电动机按一定方向旋转。

由于一个线圈的电磁转矩很小，所以实际直流电动机都是由多个线圈与换向器相连的。

2.电磁转矩

经过数学计算，直流电动机的电磁转矩可以用下式来表示

式中　M——电磁转矩（N·m）；

　　　KT——电磁转矩系数，与电动机的结构有关，是个常数；

　　　Φ ——每极磁通（Wb）；

　　　Ia——电枢电流（A）。(www.xing528.com)

3.电枢电动势和电枢电流

当电枢旋转时，在每根导体两端将产生感应电动势，直流电动机的电枢绕组由许多导体按一定规律连接，所有导体的感应电动势都是叠加的，即电枢总电动势与每根导体中的感应电动势成正比。所以电动机电枢总电动势大小为

式中　Ef——电枢总电动势；

　　　Ke——电动势系数，与电动机的结构有关，是个常数；

　　　n——电动机的转速。

式（5-3）可以看出，电枢总电动势与每极磁通Φ 和转速n 成正比，其方向与电枢电流的方向相反，所以也称其为反电动势，它总是限制电枢电流的变化，如图5-7 所示。

图5-7　直流电动机的电枢电路

根据基尔霍夫电压定律，由图5-7 可以得出直流电动机的电压平衡关系式为

即外加电压U 一部分用来抵消反电动势，另一部分降在电枢的电阻上。

Ra为电枢回路的总电阻。由上式变化后可得出电枢电流的关系式为