-
--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日，中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》（科協辦函普字【2020】158號），江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優秀科普活動。
直流電動機的工作原理是什么？有哪些種類？
時間：2020/8/27 10:28:35 瀏覽次數：2960
字體：大
中
小
理論上，同一臺直流電機可以用作電動機或發電機。因此，直流電動機的構造與直流發電機的構造相同。
直流電動機的工作原理
電動馬達是一個電機，其將電能轉換成機械能。直流電動機的基本工作原理是：“ 每當載流導體置于磁場中時，它就會受到機械力”。該力的方向由弗萊明的左手定則給出，其大小可由公式F = BIL算出。其中，B =磁通密度，I =電流，L =磁場內導體的長度。
弗萊明（Fleming）的左手法則：如果我們將左手的第一根手指，第二根手指和拇指伸展到彼此垂直，并且磁場的方向由第一根手指表示，則電流的方向由第二根手指表示，則拇指代表載流導體所受力的方向。當電樞繞組連接到直流電源時，繞組中會產生電流。磁場可以通過磁場繞組（電磁）或通過使用永磁體來提供。在這種情況下，根據上述原理，載流電樞導體會受到磁場的作用力。
換向器被分段以實現單向轉矩。否則，每當導體的運動方向在磁場中反轉時，力的方向就會每次都反轉。這就是直流電動機的工作原理！
反電動勢
根據自然的基本定律，只有在存在某種反對轉換之前，才能進行能量轉換。對于發電機，這種反作用是由磁阻提供的，但是對于直流電動機，則存在反電動勢。
當電動機的電樞旋轉時，導體也會切斷磁通線，因此，根據法拉第電磁感應定律，電動勢會在電樞導體中產生。該感應電動勢的方向應使其與電樞電流（I a）相對。反電動勢的大小可以由直流發電機的電動勢方程式給出。
反電動勢的意義：
反電動勢的大小與電動機的速度成正比。假如直流電動機上的負載突然減小了，所需扭矩將比當前扭矩小。由于過大的扭矩，電動機的速度將開始增加。因此，與速度成正比，反電動勢的大小也會增加。隨著反電動勢的增加，電樞電流將開始減小。轉矩與電樞電流成正比，轉矩也將減小，直到變得足以承受負載為止。因此，電動機的速度將調節。
另一方面，如果突然加載了直流電機，則負載將導致速度降低。由于速度降低，反電動勢也將降低，從而允許更大的電樞電流。電樞電流的增加將增加轉矩以滿足負載要求。因此，反電動勢的存在使直流電動機“自我調節”。
直流電動機通常根據其勵磁配置進行分類，如下所示：
單獨勵磁（勵磁繞組由外部電源供電）
繞線（勵磁繞組與電樞串聯）
分流繞組（勵磁繞組與電樞并聯）
長分流
短分流
交流和直流電動機之間的主要區別在于：定子產生的磁場在交流殼體中旋轉。通過端子引入三個電相，每個相為一個單獨的勵磁極供電。當各相達到其最大電流時，該極處的磁場將達到最大值。隨著電流減小，磁場也會減小。由于每個相在電流周期內的不同時間達到最大值，因此磁場最大的那個磁場極在三個極之間不斷變化，從而使轉子看到的磁場正在旋轉。磁場的旋轉速度（稱為同步速度）取決于頻率電源和定子繞組產生的極數的關系。對于美國使用的標準60 Hz電源，最大同步速度為3600 rpm。
在三相感應電動機中，轉子上的繞組沒有連接到電源，而是基本上短路。轉子繞組最常見的類型是鼠籠式繞組，與寵物沙鼠籠中使用的行走輪非常相似。當電動機最初啟動且轉子靜止時，轉子導體會經歷以同步速度掃過的變化磁場。根據法拉第定律，這種情況導致轉子繞組周圍產生電流。該電流的大小取決于轉子繞組的阻抗。由于現在滿足了電動機作用的條件，也就是說，在磁場中找到了載流導體，因此轉子會經歷轉矩并開始旋轉。轉子永遠不會以同步速度旋轉，因為磁場和轉子繞組之間不會有相對運動，也不會感應出電流。感應電動機的起動轉矩高。
在鼠籠式電動機中，電動機速度由其驅動的負載以及在定子中產生磁場的磁極數決定。如果接通或斷開某些極點，則可以通過增量來控制電動機速度。在繞線轉子電動機中，可以從外部改變轉子繞組的阻抗，從而改變繞組中的電流，從而實現連續的速度控制。
三相同步電動機與感應電動機大不相同。在同步電動機中，轉子使用直流勵磁線圈來產生恒定磁場。在使轉子接近電動機的同步速度之后，轉子磁體的北極（南極）鎖定到旋轉的定子磁場的南極（北極），并且轉子以同步速度旋轉。同步電動機的轉子通常將包括一個鼠籠式繞組，該繞組用于在直流線圈通電之前開始電動機的旋轉。由于上述原因，鼠籠在同步速度下不起作用。
在大多數家庭環境中使用的單相感應和同步電動機的工作原理與三相電動機所解釋的原理相似。然而，由于單相不會單獨產生旋轉磁場，因此必須進行各種修改以產生啟動扭矩。因此，感應電動機采用分相，電容啟動或陰影極設計。用于定時器，時鐘，錄音機等的同步單相電動機依賴于磁阻或磁滯設計。
