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直流电机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 直流电机原理应用及程序详解 1.直流电机实物图片 图1 普通直流电机 图2 减速直流电机 图3 无刷直流电机 图4 伺服直流电机 图5 永磁直流电机 2.直流电机介绍 电机是使机械能与电能相互转换的机械，直流电机把直流电能变为机械能。作为机电执 行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交 联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路，另外一个是用来传递功率，称为功率 回路或者电枢回路。现行的直流电动机都是旋转电枢式，也就是说激磁绕组及其所包围的铁 芯组成的磁极为定子，带换向单元的电枢绕组和电枢铁芯结合构成直流电动机的转子。 直流电机有以下几方面的优点： (1)调速范围广，且易于平滑调节； (2)过载、起动、制动转矩大； (3)易于控制，可靠性高； (4)调速时的能量损耗较小。 所以，在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电车、电气铁道牵引、高炉送抖、 造纸、纺织、拖动、吊车、挖掘机械、卷扬机拖动等方面，直流电动机均得到广泛的应用。 3.直流电机的基本工作原理 图6 直流电机工作原理图 1 直流电机原理应用及程序详解 哈尔滨天祥电子 图 6 是直流电机工作原理图，当电刷 A 、B 接在电压为 U 的直流电源上时，若电刷 A 是正电位，B 是负电位，在 N 极范围内的导体 ab 中的电流是从 a 流向 b ，在 S 极范围内的 导体 cd 中的电流是从c 流向 d 。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此，ab 和 cd 两 导体都要受到电磁力的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断， ab 边受力的方向是向左，而 cd 边则是向右。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的 电流，所以，ab 边和 cd 边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而 按逆时针方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零， 但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周之后，虽然 ab 与 cd 的位置调换了，ab 边转到 S 极范围内，cd 边转到 N 极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到 N 极下 的 cd 边中电流方向也变了，是从 d 流向 c，在 S 极下的 ab 边中的电流则是从 b 流向 a 。因 此，电磁力的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在 N 、S 极范 围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就 可以按照受力方向不停的旋转了，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其它工作机械。 从以上的分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极 范围内转到另一个异性磁极范围内时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要 同时改变。换向器和电刷就是完成这个任务的装置。在直流电动机中，换向器和电刷把输入 的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。 当然，在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子 铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。这就是直流 电动机的基本工作原理。 4、直流电机的参数 转矩：电动机得以旋转的力矩，单位为 kg ·m 或 N ·m 。 转矩系数：电动机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电枢电流所产生的转矩大小。 摩擦转矩：电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失。 启动转矩：电动机启动时所产生的旋转力矩。 转速：电动机旋转的速度，工程单位为 r/min ，即转每分，在国际单位制中为rad/s ，即 弧每秒。 电枢电阻：电枢内部的电阻，在有刷电动机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻， 由于电阻中流过电流时会发热，因此总希望电枢电阻尽量小些。 电枢电感：因为电枢绕组是由金属线圈