直流电动机基本构造是什么?分类有哪些?
直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类,其中自励又分为并励、串励和复励3种。
直流电动机的基本构造主要包括以下核心部件:
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定子: 固定不动的部分,主要作用是产生磁场。
- 主磁极: 由铁芯和套在上面的励磁绕组组成(或由永磁体构成)。当励磁绕组通电(或永磁体本身)时产生主磁场。
- 机座: 支撑整个电机结构,也是磁路的一部分(对于电磁式定子)。
- 端盖: 支撑轴承,固定刷架。
- 电刷装置 (刷架 + 电刷): 安装在定子上。电刷是碳或石墨制成的导电块,通过弹簧压在换向器表面,将外部直流电源的电流引入(或引出)旋转的电枢绕组。
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转子 (电枢): 旋转的部分,在磁场中受到电磁力作用而转动。
- 电枢铁芯: 由硅钢片叠压而成,固定在转轴上。铁芯表面开有槽,用来嵌放电枢绕组,同时也是电机磁路的一部分。
- 电枢绕组: 由许多绝缘导线绕制的线圈按一定规律嵌放在电枢铁芯槽内,并连接成闭合回路。通入电流后,在磁场中受力产生电磁转矩驱动转子旋转。
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换向器 (整流子): 直流电机特有的关键部件,固定在转轴上,与转子一起旋转。
- 结构: 由许多彼此绝缘的楔形铜片(换向片)排列成圆筒状构成。每个换向片都与电枢绕组中的某些线圈按特定规则连接。
- 作用: 在旋转过程中,电刷依次接触不同的换向片,使电枢绕组中电流方向周期性改变,从而保证电枢导体在主磁极不同极性下受力方向保持不变,产生单一方向的转矩,实现“换向”。
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空气隙: 定子磁极与转子铁芯之间的小间隙。虽然微小,但对电机的磁路特性(磁阻)和运行性能(效率、功率因数等)有重要影响。
直流电动机的主要分类如下:
直流电动机可以按照不同方式进行分类,最常见和核心的分类方式是按励磁方式(即主磁场如何产生):
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按励磁方式分类(最常用):
- 他励直流电动机: 励磁绕组(产生主磁场的线圈)由独立的直流电源供电,与电枢绕组没有电气连接。其转速和转矩控制性能最好,调速范围宽。
- 并励直流电动机: 励磁绕组与电枢绕组并联,由同一电源供电。励磁电流相对固定(忽略电枢反应影响),其转速特性相对较硬(负载变化时转速变化较小)。
- 串励直流电动机: 励磁绕组与电枢绕组串联。励磁电流(即电枢电流)随负载变化。特点是启动转矩大、过载能力强,但空载或轻载时转速极高(可能飞车),适合需要大启动转矩的场合(如电机车、起重机)。
- 复励直流电动机: 同时具有并励绕组和串励绕组。根据两个绕组产生的磁势关系可分为:
- 积复励: 串励和并励磁势方向相同,特性介于并励和串励之间。兼具较大的启动转矩和较硬的转速特性。
- 差复励: 串励和并励磁势方向相反。特性较为特殊,应用较少(如有时用于恒速电机)。
- 永磁直流电动机: 主磁极由高性能永磁材料(如钕铁硼、铁氧体)构成,无需励磁绕组和电源。结构简单、体积小、效率高、维护方便,广泛应用于小功率和微型驱动场合(如电动工具、玩具、汽车电器)。
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按结构特征分类:
- 有槽直流电动机: 转子铁芯开有槽来放置绕组,这是最常见的结构。
- 无槽直流电动机: 转子铁芯不开槽或开浅槽,电枢绕组用特殊工艺固定在光滑的铁芯表面或浅槽内。转动惯量小、反应快、电气时间常数小,适用于需要快速响应的伺服系统。
- 印刷绕组(盘式)直流电动机: 电枢绕组呈扁平圆盘状,像印刷电路板。轴向尺寸短、转动惯量小、转矩密度高。
- 空心杯电枢直流电动机: 电枢绕组呈杯状(无铁芯),直接固定在转轴上。转动惯量极小,启动、制动及反转响应极快,无齿槽转矩脉动。
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按功率或尺寸分类:
- 大型直流电动机: 功率通常在数百千瓦以上,用于重型机械驱动(如轧钢机、矿井提升机)。
- 中型直流电动机: 功率在几十千瓦到数百千瓦之间,应用广泛。
- 小型直流电动机: 功率在几瓦到几瓦之间,应用非常广泛(家用电器、办公设备、精密仪器)。
- 微型直流电动机: 功率在几瓦以下,甚至毫瓦级(如手机振动电机)。
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按控制方式分类:
- 有刷直流电动机: 使用机械换向器和电刷的传统直流电动机。
- 无刷直流电动机: 用电子换向代替了机械换向器和电刷。定子产生旋转磁场,转子为永磁体。本质上是用直流电源结合电子电路(驱动器)驱动的同步电动机。结构更可靠、效率高、维护少、噪音低、寿命长,是现代主流(尤其在变速驱动领域)。
这些分类方式有助于理解直流电动机的结构特点和不同应用场景下的性能优势。最常见用于驱动和交流的应用领域(如电动车、风机、泵、压缩机等)的是永磁直流电动机(小功率)和无刷直流电动机(中、大功率及高性能领域)。
直流电动机的构造与特点
直流电动机,作为一种将直流电能转换为机械能的装置,在现代工业、交通和家用电器等领域有着广泛的应用。其独特的构造和优异的性能特点,使其成为
2024-06-14 11:00:50
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李鸿洋
2021-11-10 09:35:59
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佚名
2021-09-15 18:58:56
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