直流电动机是电机领域内的一种核心类型。因其杰出的调速性能,它在众多对调速要求严苛的场合中得到了广泛应用。
一、直流电动机的工作原理
当通电导体处于磁场中时,它会产生一个作用于电枢的力矩。这一力矩在旋转电机中被称为电磁转矩。如果此电磁转矩能够克服电枢上的各类阻转矩(如摩擦力、负载阻力等),电枢便开始旋转。如示意图所示,一旦电枢开始转动,换向器与电刷的协同作用使直流电流交替地流经和蓝色导体。这确保了每个极下的线圈边中电流方向始终如一,从而形成持续不变的转矩,使得电动机能够连续旋转。
二、直流电动机的特点
与其他类型的电机相比,直流电动机具备以下显著特点:
(1)宽广的调速范围与平滑的调速特性
(2)其励磁电流与电枢电流相互独立,为控制提供了便利
(3)直流电动机具有较强的过载能力,起动和制动转矩较大
(4)尽管直流电动机的制造过程相对复杂,成本相对较高,但它却凭借出色的性能赢得了广泛的应用。
三、直流电机的分类
根据其结构和工作原理,直流电机主要分为无刷直流电机和有刷直流电机两大类。
(一)无刷直流电动机
无刷直流电动机实际上是将传统直流电动机的定子和转子进行了互换。其转子采用永磁材料产生气隙磁通,而定子则作为电枢,由多相绕组构成。在结构上,它与永磁同步电动机有相似之处。无刷直流电动机的定子结构与常规的同步电机或感应电机相似,其定子绕组可以接成星形或三角形,并与逆变器的功率管相连,以实现合理的换相。无刷直流电动机因其本体的永磁性,常被习惯性地称为永磁无刷直流电动机。
(二)有刷直流电动机
有刷直流电动机通过绝缘座将两个刷(铜刷或碳刷)固定在电动机后盖上,直接将电源的正负极引入到转子的换相器上。换相器使转子上的线圈极性不断交替变化,与外壳上固定的磁铁形成作用力,从而使电机转动。由于换相器与转子之间的摩擦以及刷与外壳(定子)之间的固定,导致了有刷电机的效率相对较低,损耗较大。但它也具有制造简单、成本低廉的优势。