励磁式直流电动机优化案例

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：励磁式直流电动机的定子恒定磁场是由定子绕组通上直流电流建立。励磁绕组和电枢绕组图1-15 励磁式直流电动机的结构绕组的构成主要从电动机参数指标及制造、安装、检修等方面考虑。微型直流电动机绕组一般是由圆形高强度漆包线绕制。微型直流电动机大部采用轴流式。所以，串励式直流电动机同负载之间不能用传送带转动，而必须借助齿轮，以防电动机无空载而损坏。因此，串励式直流电动机可用在需要很大起动转矩的场合。

励磁式直流电动机的定子恒定磁场是由定子绕组通上直流电流建立。通常称为励磁绕组。根据励磁绕组和电枢绕组之间连接的方式不同，又可分为他励式、复励式、并励式、串励式4种。

1.励磁式直流电动机的结构

励磁式直流电动机由定子、转子（也称电枢）、励磁绕组、电枢绕组、换向器、电刷装置、风扇叶片、端盖等组成，如图1-15所示。

（1）定子和转子

均由0.35～0.5mm厚的硅钢片（矽钢片）按设计好的槽形冲压成形，然后叠压成柱状；励磁绕组和电枢绕组嵌在槽内。

（2）励磁绕组和电枢绕组

图1-15 励磁式直流电动机的结构

绕组的构成主要从电动机参数指标及制造、安装、检修等方面考虑。微型直流电动机绕组一般是由圆形高强度漆包线绕制。

（3）换向器

由环氧树脂将铜材导电片、绝缘云母片黏合成一体，其形状和构造如图1-16所示。微型直流电动机常用紧固式和塑料式换向器，其结构如图1-17所示。

（4）电刷装置

电刷装置是由电刷、刷架、刷握、弹簧等组成。电刷尺寸及公差和构造均按有关标准制造。在合适的换向区宽度下，电刷宽度应覆盖适当数量的换向片。常用的刷握有直、斜两种。刷架在微型直流电动机中是固定的。

（5）风扇叶片

作为驱使冷却介质循环所需的动力部件，它能产生足够的压力以克服电动机冷却通道中的压力降落，并驱送足够的冷却介质流量通过电动机，以达到散热目的。扇叶一般由工程塑料ABS按设计好的形状压制而成。微型直流电动机大部采用轴流式。

图1-16 导电片和云母片结构

图1-17 换向器的结构

a）紧固式 b）塑料式

（6）端盖

端盖主要支撑电枢轴，是安放轴承的部件。为保证定子和电枢之间的空气隙尺寸，在微型直流电动机中一般由铝合金铸压、薄铁板冲压制成。

2.励磁式直流电动机的工作原理

直流电动机除永磁电动机工作时定子磁场由永久磁铁产生外，励磁式直流电动机的定子磁场是励磁绕组产生，其他形式直流电动机的工作原理都与励磁式直流电动机的工作原理一样。

直流电动机的定子磁轭、定子铁心、定子与转子之间的空气隙和电枢铁心构成磁路。励磁绕组和电枢绕组产生的磁场在空气隙中进行合成（或者说相互作用），形成气隙磁场。电枢绕组相对气隙磁场旋转感生电枢电动势，载流电枢绕组与气隙磁场相互作用产生电磁转矩。依靠电刷和换向器以实现电枢电路的直流电与电枢绕组中交流电之间的相互变换，或者说利用电刷和换向器来产生交流，即直流→交流。电功率从电刷输入，通过转轴输出机械功率，从而实现电、机能量的转换。

3.励磁式直流电动机的接线及特性曲线

（1）他励式直流电动机

让电流通过定子绕组产生磁场，叫做励磁。所谓他励，是指除了给电枢绕组提供电流的直流电源电压U₂之外，另外用一个直流电源U₁为励磁绕组提供电流，其接线如图1-18所示。工作时，在不同的转速下，转速与励磁电流I_f成反比，如图1-19所示。从图中可知改变励磁电流的大小，也可以改变电动机的转速；同时励磁电流存在上限、下限两个临界值。

图1-18 他励式直流电动机的接线

图1-19 励磁电流与转速的关系

（2）并励式直流电动机

励磁电路和电枢电路是并联连接。这种并联连接方式如图1-20所示。由图可知，保持电枢电压一定，通过改变励磁电阻R的大小，可以改变励磁电流I_f的变化，这时空载转速n₀的特性与图1-19相同。改变励磁电阻R大小的另一个作用，是防止起动电流过大，以防换向器与电刷之间产生强火花而损坏电动机。

保持他励式、并励式电动机在空载状态下的端电压为常值，改变励磁电流I_f时得到转速与励磁电流I_f的关系曲线，即空载励磁转速特性。励磁电流很小，转速会上升到不安全的高速，故励磁回路绝不允许断路。

（3）串励式直流电动机

它的励磁电路和电枢电路是串联连接。这种串联连接方式如图1-21所示。由图可知，励磁电流和电枢电流是一样的。特性曲线如图1-19所示。从图中特性曲线分析可知，串励直流电动机没有空载状态。因为在空载时，电枢电流如果等于零，电动机的转速会变得无限大，将会导致电动机损坏。所以，串励式直流电动机同负载之间不能用传送带转动，而必须借助齿轮，以防电动机无空载而损坏。同时我们可以看出另一个重要特性，在包括起动在内转速比较低的时候，电动机产生很大转矩，随着转速上升，转矩随之减小。因此，串励式直流电动机可用在需要很大起动转矩的场合。

图1-20 并励式直流电动机的接线

图1-21 串励式直流电动机的接线

（4）复励直流电动机

所谓复励直流电动机，其特点是励磁绕组分两部分：一部分与电枢电路串联，另一部分与电枢电路并联，如图1-22所示。与电枢电路串联的励磁称为串励励磁，与电枢电路并联的励磁称为并励励磁。由于两种不同的励磁方式，它兼有串励式、并励式电动机的优点，既有良好的起动性能，又有一定的超载能力和运转平稳性能。复励直流电动机的特性曲线如图1-23所示。

图1-22 复励直流电动机的接线

图1-23 复励直流电动机电枢电流与转速的关系

励磁式直流电动机优化案例

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