直流电机(direct?current?machine)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。
由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁较、换向较、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,阳春直流电机,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
可逆运行原理
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原电机驱动电枢绕组在主磁较N、S之间旋转时,电枢绕组上感生出电动势,经电刷、换向器装置整流为直流后,引向外部负载(或电网),对外供电,此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源,经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组,则此电流与主磁较N.S.产生的磁场互相作用,产生转矩,驱动转子与连接于其上的机械负载工作,此时电机作直流电动机运行。
单较直流电机
homopolar?machine?一种电枢导电部分始终工作于单一极性磁场中的直流电机。它是一种低压大电流无换向器的直流电机。?图[单较直流电机原理示意]示一台圆筒形电枢单较直流电机的原理结构。当两个环形励磁线圈通直流电时,电机气隙的整个圆周上将产生单一极性的磁场。当转轴带动圆筒形铜质电枢旋转时,枢轴向两端即感生电动势,其方向是固定不变的。此电动势由电刷从电枢两端引出。电刷的作用只是引出电流,无换向问题。由于电枢是一个铜环,*绝缘,它发热小,耐高热;加上这种电机结构简单、维护容易和可靠性高等优点,在冶炼及电化学行业中获得广泛应用。?单较直流电机电压低,电流大。电压只有几伏或十几伏,而电流可达几百安,几千安,甚至上万安。因此电刷的接触损耗和发热相当大,磨损也快。实用上应尽可能加多并联电刷的数目,采用接触电压降小的铜-石墨电刷,或用导电和导热更好的液态金属,如水银或钠钾合金等做电刷。?要提高单较直流电机电压,就必须提高气隙磁通密度和转速。转速受旋转体机械强度的限制,气隙磁通密度则受铁磁饱和限制,都不能过高。如采用**导技术则可使单机功率比普通电机提高十几倍以上????。
工作原理
折叠直流发电机
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势,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。
感应电动势的方向按右手定则确定(磁感线指向手心,大拇指指向导体运动方向,其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。)
在图1.1所示瞬间,导体a?b?、c?d?的感应电动势方向分别由?b指向?a和由d?指向?c?。这时电刷?A呈正极性,电刷B?呈负极性。
图1.1?直流发电机原理模型
当线圈逆时针方向旋转180°时,这时导体c?d?位于N?较下,导体a?b?位于S?较下,各导体中电动势都分别改变了方向。
图1.2?直流发电机原理模型
从图看出,和电刷?A接触的导体永远位于?N较下,同样,和电刷?B接触的导体永远位于S?较下。因此,电刷?A始终有正极性,电刷?B始终有负极性,所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如果电枢上线圈数增多,并按照一定的规律把它们连接起来,可使脉振程度减小,就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。