直流电机的励磁方式的分析介绍

电机主磁极上的线圈通以直流电产生的磁场,称为主磁场,主磁极绕组称为励磁绕组。励磁绕组的供电方式称为励磁方式。根据励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同,直流电机分为自励和他励两种,如图4-11所示。他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组间没有电的联系,由独立的电源对励磁绕组供电。自励电机的励磁电流由自身供给,又可以分为并励、串励、复励三种。

图4-11 直流电机的励磁方式

他励电动机:励磁线圈与转子电枢的电源分开。

并励电动机:励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。

串励电动机:励磁线圈与转子电枢串联到同一电源上。

复励电动机:励磁线圈与转子电枢的连接有串有并,接在同一电源上。

励磁绕组消耗的功率仅占直流电机额定功率的1%~3%,但直流电机的性能随着励磁方式的不同将产生很大的区别。其中他励直流电动机的机械特性最硬,改变电枢电压进行调速控制时不影响磁场,使其具有良好的控制特性,用途最广。在后面的内容中均以该类电机为例。

直流电动机的主要种类、性能特点及典型应用见表4-2。

表4-2 直流电动机的主要种类、性能特点及典型应用

国产直流电动机出线端标记见表4-3。

表4-3 国产电动机出线端标记

1.电枢电动势

根据电磁定律可知,无论是直流发电机还是直流电动机,当其运行时,电枢绕组切割磁场就要产生感应电动势。直流电机的转子绕组是由许多导体按一定规律连接的,每个并联支路所有导体的电动势都是叠加的。每根导体的感应电动势为e=BLV,导体运动的线速度与转子的转速n成正比。根据转子的结构和电磁感应的有关知识可以得到转子电动势为

E_a=C_eΦn

式中—电机的结构常数(电枢电动势常数);

E_a——电枢电动势;

p——电机极对数;

N——电枢绕组总导体数;(www.xing528.com)

A——电枢绕组并联支路对数;

Φ——气隙磁通,(Wb);

n——电机转速,(r/min)。

上式表明直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。当电机制造好以后,与电机结构有关的常数C_e不再变化,因此电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关,改变转速和磁通均可改变电枢电动势的大小。电枢绕组电动势的方向可由右手螺旋定则判定。

对于直流电动机,转子电动势的方向与电枢电流方向相反——反电势,它总是阻碍转子电流的变化;对发电机来说,其为电源电势(与电枢电流同方向)。

2.电磁转矩

由于电枢绕组中有电流通过时,在主磁场的作用下使转子绕组的导体受到电磁力F(F=BIL)的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩,用T表示。

式中 T_e——电磁转矩;

C_T——电磁转矩常数;

I_a——电枢电流;

Φ——气隙磁通。

对于发电机来讲,电磁转矩的方向与转速方向相反,是制动性质;对于电动机来讲,二者方向一致,是驱动转轴旋转。

对于同一台电动机,电动势系数C_e和电磁转矩系数C_T之间有如下关系:

C_T=9.55C_e

直流电动机的额定电磁转矩T_N的计算公式为

由P=Tω,ω=2πn/60,得T=P/ω=60P/2πn=9.55P/n即

式中 T_N——额定转矩(N·m);

P_N——额定功率(W);

n_N——额定转速(r/min)。