## 什么是直流电机? 我们的生活中有很多动力都是电机提供的,电机作为电能转变为机械能的设备分为很多种类,按照电能的不同可分为直流电机以及交流电机,我们在这里介绍直流电机的工作原理。 大家接触最早的直流电机应该是这款吧: 这是一个生活中常见的直流电机,它的运行大概如图: 大概就是高中所学的那样,直流电通入线圈后产生磁场,在外部磁场如永磁铁的作用下线圈开始旋转,换向器使线圈的磁场始终与外部励磁相反,持续向外输出动力。 ## 直流电机的特性 以上都是从原理的层面解释的电机运动过程,但是怎么才能知道输入不同电压下电机会转多块有多大劲呢?这个需要用电机的转速方程来解释: $$n=\frac{U_d-I_aR_a}{C_e\Phi}$$ 这是电机的转速方程,其中参数$$n$$表示电机的转速,$$U_d$$为加载电机电枢(转子)两端的电压,$$I_a$$是电机电枢的电流,$$R_a$$是电机电枢的电阻,$$C_e$$为电机的电动势系数,$$\Phi$$是电机的磁通(类似磁场强度)。 在得知电机的额定数据如额定电压、额定电流、电枢电阻、额定转速等参数后,便可以使用这个方程求解任意条件下电机的状态。电机电压和磁通不变时,其电流或负载与转速的关系就是电机的特性曲线: 这是直流电机在不同电枢电压下的特性曲线,可以看到当负载(即横轴)不变时,电压增加转速会上升,同时电压不变,负载减小,转速也会上升,当负载达到曲线与横轴相交的地方时,电机转速也为零。改变电压是将特性曲线上下平移,并不会改变曲线的斜率。 除了改变电压会改变电机的转速,还可以通过在电枢回路串接电阻分压,但是它与改变电压产生的影响时不同的: 串接了电阻实际等效成增加了电枢的电阻,这样会导致方程的分子变小,进而速度降低,同时它也会影响特性的斜率。 最后一种改变转速的方法是改变磁通。对于它励电动机(由电磁铁替代永磁铁)来说,可以改变磁通实现调速的目的: 在磁通减小时,方程的分母会减小,转速会上升,他也会影响曲线的斜率,当磁通为零时,速度就会非常大,这种现象称作“飞车”。所以在电机停下前不能突然撤去磁场,那是十分危险的。 我们多次提到了曲线的斜率。这个斜率就是我们常说的电机的“硬度”。如果随着负载的改变,电机的转速改变的很大,我们就称之为“软”,否则为硬。当然,我们在使用的过程中最希望电机能够保持匀速运行,也就是希望电机的曲线硬起来。 还有一个问题可能也困扰读者你很久了,那就是:为什么我们将电流与负载同时作为特性曲线的横轴?这是因为在直流电机恒定磁通运行过程中,电流与电机输出的力就是一个系数的关系,可以理解为电机的电流越大,电机当前输出的劲就越大。那么电机转子如果被堵住转不动了呢?那么电机的电流就会迅速上升到电枢为电阻情况下的最大电流,直到电机烧毁。 ## 电机的各个运行状态 ### 空载启动 在点击空载启动时,因为转速为零,此时电枢电流达到最大,因此扭矩也为最大。在扭矩的作用下,转速逐渐上升,直到转速达到最大,扭矩接近为零,此时工作点也就位于特性曲线与纵轴的焦点上了。(注:实际在接近纵轴处曲线不为直线) ### 空载停止 电机的停止分为很多种,如能耗制动,反接制动等。他们的共同特点就是将电机的转速以电的形式从电机中抽离出,过程中因为电枢电压为零电机在发电的状态,此时线圈在磁场中感应生电,随着能量的损耗,转速最终为零。 ### 反抗性负载 反抗性负载的特性便是负载永远与转动的方向相反,比如弹簧在自然伸长的点,压缩方向与拉长方向产生的力永远与想要运动方向趋势相反。 ### 位能性负载 位能性负载是当前负载具有势能,这种势能可以随着负载本体的变化而被释放出来,如电梯,无论电机如何旋转,负载方向永远为重力方向。 最后编辑:2020年07月31日 ©著作权归作者所有 赞 0 分享