直流电机是什么？有哪些技术原理

来源：深圳市鑫海文科技有限公司|发布时间：2019-02-15 17:42

直流电动机是以直流电（或直流电的某种操纵形式）形式获取电能并将其转换为机械旋转的运动部件。电动机通过使用由电流产生的磁场来刺激与输出轴固定的转子的旋转。输出扭矩和速度取决于电气输入和电机设计。

直流（DC）电动机是将电能转换为机械能的电机。根据当今最常见的行业命名惯例，有三种直流电机子类型：直流有刷电机，直流永磁（PM）电机和直流通用电机。正如我们将要看到的，有一些警告和子分类。许多较大的直流电机仍采用电刷和绕线电机，但永磁电机在18马力以下的分数和整体马力应用中占主导地位。也就是说，永磁电机在无数设计中越来越普遍。

什么是直流有刷电机，有哪些类型？

这些是Pittman 8000系列直流电刷伺服电机。
一些工程师称直流有刷电机为绕线电机，因为它是一个缠绕和涂漆的铜线圈，可以产生电磁场。一些工程师还认为所有直流电机都是有刷直流电机，而“无刷直流电机”这个词用词不当。
无论是什么术语，都有永磁，分流，串联和复合绕线直流电动机。

除前者外，所有使用两个电流：
1.电流通过电枢（转子）绕组与定子磁场相互作用（用于输出机械旋转）和
2.通过定子绕组的电流使得磁场成为问题。

相比之下，永磁刷直流电机使用：
1.电流通过电枢（转子）绕组与定子磁场相互作用（用于输出机械旋转）和
2.  定子上的永磁体使磁场产生问题。

在一个电枢和励磁线圈并联的马达在连接平行所以励磁电流正比于电机上的负载。在电枢和场线圈串励电动机连接系列，从而电流仅仅通过磁场线圈通过。复合绕组电动机中的电枢和励磁线圈包括串联和并联绕组。

无论设置如何，有刷直流电机都有换向器和电刷触点，可将电流传递给旋转转子的铜线绕组。设计人员可以通过改变转子电压（及其电流）或通过调整励磁绕组电流来改变转子和定子之间的磁通量来控制速度。转子换向器杆段的刷子方向机械地控制相位换向。

事实上，直流有刷电机让设计人员控制励磁和转子绕组的方式意味着它们适用于需要简单且经济有效的扭矩和速度控制的应用。

也就是说，PM电机的电子设备功能增加意味着这种优势不像以前那么明显。更糟糕的是，转子和定子上的电流产生的热量限制了电机的连续电流额定值。电机也存在火花危险，因此无法进入爆炸性环境。在直流电机旋转期间的某些时段，换向器必须反转电流，从而通过电弧和摩擦减少电机寿命。因此，有刷直流电动机需要更换弹簧和刷子的更多维护，这些弹簧和刷子承载电流，并且更换或清洁换向器。这些部件对于将电力从电动机外部传递到电动机内的转子的旋转线圈绕组是重要的。

注意：直流有刷电机中的电刷磨损并需要更换，而电刷磨损颗粒意味着设计人员不应在洁净室中使用直流有刷电机。同样适用于需要高精度的应用，因为电刷换向器啮合产生的摩擦会导致较长的位置稳定时间。

串联直流电动机

如上所述，串联电动机中的电枢（转子）和励磁线圈串联连接。这意味着整个电枢（转子）电流传递到励磁绕组。因此，这些电机只需要一个输入电压。扭矩等于电流平方。增加电枢（转子）电流会引起励磁电流增加。再生制动是不可能的; 当转子电流通过零并反转时，励磁电流崩溃。
当电动机停止时，扭矩最高，因为电枢（转子）在静止时不产生反电动势（bEMF）。当电枢（转子）加速时，bEMF增加。这反过来又降低了有效电流，电压和扭矩。在没有加载的情况下，电机会加速到危险的速度。相反，增加的负载会减慢电机的速度，但会降低bEMF ......并增加扭矩以转动负载。
串联电机无法很好地调节速度，因为速度控制取决于对电源电压的调节。即便如此，它们价格低廉，可以驱动需要高启动扭矩的设计。例如，设计人员在低功率和高功率汽车机制中使用串联电机，电动工具，玩具和缝纫机等消费产品以及固定和变速的工业牵引驱动器。设计人员可以通过反转励磁或电枢（转子）绕组连接来反转串联电机，并联直流电动机。

如上所述，并联 - 绕组电动机中的电枢和励磁线圈并联连接......因此励磁电流与电动机上的负载成比例。可变电压输入允许速度调节。为并联电动机提供固定电压，使其以恒定速度运行。然后向并联电动机提供增加的电动机电流，以增加扭矩而不会显着减慢。
在并联电动机中，励磁（定子）绕组与电枢（转子）绕组并联连接。
使用这些电机，一种称为弱磁的技术可以在不强制控制器改变输入电压的情况下控制速度。场绕组变阻器减小了励磁（定子）电流，并随之减小了电枢和磁场之间的磁通量（隔着它们的气隙）。速度与磁通成反比，因此加速电机。需要注意的是：扭矩与磁通成正比，因此加速度会随着扭矩输出的减小而增加。

在弱磁场设置下，当负载增加时，稳定绕组可防止加速。唯一的问题是，反向应用需要反转这种绕组以适应电枢（转子）电压反转。这需要扭转接触器。因此，对于反转运动，有时制造商只是设计具有更高稳定性的分流电机并省略稳定绕组。

注意：永磁电刷直流电机的操作非常类似于并联电机，除了现场磁通量生产模式。
在转子绕组或磁场上反转并联绕组电动机的连接可以反转电动机的旋转方向; 当转子电流反转时，自激励保持磁场，这意味着电动机可以再生制动。并联电动机驱动机床和汽车风扇和雨刮器应用。
 
复合绕线电机
单独激励的电动机（有时称为复合绕组电动机）是直流有刷电动机，具有到现场（定子）和电枢（转子）的独立电压供应......以便更好地控制电动机输出。任一绕组上的输入电压都可以控制电机输出速度和转矩。大多数制造商都生产带有串联和并联励磁（转子）绕组的复合绕线电机。两个绕组的方向，强度和方向决定了电机的速度 - 转矩曲线。
 
 
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