DC電機具有良好的啟動和制動功能，廣泛應用于電力傳動自動控制系統(tǒng)，如軋機及其輔助機械、礦井提升機等領域。雖然DC電機的結構比三相交流異步電機更復雜，維護也不方便，但由于其調(diào)速性能更好，起動轉(zhuǎn)矩更大，要求調(diào)速更高或起動轉(zhuǎn)矩更大的生產(chǎn)機械往往由DC電機驅(qū)動。

圖為100輛威爾教育DC汽車的結構

今天，邊肖百味兒教育結合百味兒教育《電氣系統(tǒng)安裝調(diào)試》課程及其立體互動資源，介紹DC電機的工作原理、結構、分類、調(diào)速方法。

工作原理

它主要由磁極、電樞、電刷和換向器(也叫換向器或轉(zhuǎn)換器)組成。

n極和S極在工作時是固定的，所以也叫定子。定子磁極用于產(chǎn)生主磁場。在永磁DC電機(通常是低功率DC電機)中，磁極由永磁材料制成。磁化后可以產(chǎn)生恒定的磁場。在單獨勵磁的DC電機中，磁極由沖壓硅鋼片疊加而成；勵磁線圈繞制時磁場只能由外部勵磁電流產(chǎn)生。在磁極的內(nèi)側(cè)，有一個安裝在軸承上的可旋轉(zhuǎn)鐵芯。

電樞是DC電機的旋轉(zhuǎn)部件，因此也稱為轉(zhuǎn)子。它由硅鋼片制成，表面嵌有繞組(電樞繞組)。繞組的始端和終端連接到與電樞鐵芯同軸旋轉(zhuǎn)的換向器片，與固定在機座上的電刷連接，并與外部電樞電源連接。

當直流電流通過電樞繞組時，會產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，在定子磁場的作用下帶動負載轉(zhuǎn)動，進而帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

四種DC電機及其特點

他勵直流電機

勵磁繞組和電樞繞組之間沒有聯(lián)系，而由其他DC電源供電的DC電機稱為分勵DC電機，永磁DC電機也可視為分勵DC電機。

2.串聯(lián)勵磁DC電機

在串聯(lián)DC電機中，磁場和電樞串聯(lián)。磁場是用粗導線纏繞產(chǎn)生的，這樣就可以加載完整的電樞電流。

串聯(lián)電機的一個特點是起動轉(zhuǎn)矩大。但是空負載和滿載的速度差也很大。當負載變化時，串聯(lián)電機不能保持恒定的速度。

另外，空加載時，串聯(lián)電機轉(zhuǎn)速可能過高，導致電機損壞，所以串聯(lián)電機總會增加一些負載。

串聯(lián)電機通常不適合大多數(shù)變速驅(qū)動應用。

3.并聯(lián)勵磁DC電機

在并聯(lián)電機中，磁場和電樞繞組并聯(lián)。并聯(lián)電機提供良好的速度調(diào)節(jié)。磁場線圈的激勵源可以與電樞繞組的激勵源分離或結合。

獨立磁場線圈的激勵源的一個優(yōu)點是電樞和磁場可以獨立控制，從而為電機提供不同的速度。

并聯(lián)的電機可以簡單地進行反轉(zhuǎn)控制。例如，在電動車輛的應用中，這對于雙向駕駛尤其有利。

4.復合勵磁DC電機

復合DC電機的磁場和電樞串聯(lián)在一起，也提供了單獨的勵磁源。串聯(lián)磁場可以提供更好的起動轉(zhuǎn)矩，而分離磁場可以提供更好的調(diào)速。

DC電機有三種調(diào)速方法

改變電樞回路電阻調(diào)速

各種DC電機都可以通過改變電樞電路的電阻來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。在負載不變的情況下，電樞電路的總電阻隨著外界電阻的增大而增大，電機轉(zhuǎn)速降低。這種調(diào)速方式是分步調(diào)速，調(diào)速比為2: 1左右，變速比大，低轉(zhuǎn)速，輕負荷下效率低，所以現(xiàn)在很少使用。

改變電樞電壓調(diào)速

不斷改變電樞供電電壓，可以使DC電機實現(xiàn)大范圍無級調(diào)速。如前所述，有兩種方法可以改變電樞供電電壓，一種是由發(fā)電機-電動機單元供電的速度控制系統(tǒng)。另一種是晶閘管變流器供電的調(diào)速系統(tǒng)。

圖為百味兒教育電機調(diào)速方法

采用大功率半導體器件的直流電動機脈寬調(diào)速方法

脈寬調(diào)速系統(tǒng)歷史悠久，但由于缺乏高速大功率的開關器件，一直沒有在生產(chǎn)中得到廣泛應用。目前，由于大功率晶體管(GTR)，特別是IGBT功率器件制造工藝成熟，成本不斷降低，大功率半導體器件實現(xiàn)的DC電機脈寬調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展迅速，目前最大容量已超過數(shù)十兆瓦。

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