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直流电机知识

直流电机工作原理(画解)控制结构是什么

发布日期:2019-12-13 10:11 浏览次数:
直流电动机的工作原理是什么
 
直流电机是根据通电流的导体在磁场中会受力的原理来工作的。既电工基础中的左手定则。电动机的转子上绕有线圈,通入电流,定子作为磁场线圈也通入电流,产生定子磁场,通电流的转子线圈在定子磁场中,就会产生电动力,推动转子旋转。转子电流是通过整流子上的碳刷连接到直流电源的。
 
直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类,其中自励又分为并励、串励和复励3种。

直流电机的基本工作原理
 
图1为一台最简单的两极直流电机模型,它的固定部分(定子)为两个静止的磁极N、S;旋转部分(转子)为电枢线圈abcd,线圈的首端和末端分别接到两个相互绝缘的圆弧形的换向片上。换向片与一对静止的电刷B1、B2接触,B1接电源正极,B2接电源负极。电枢旋转时,电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
 
直流电机工作原理 画解
图1 两极直流电机模型
 

直流电机的基本模型
 
在直流电动机中,电流并非直接接入线圈,而是通过电刷B1、B2和换向器再接入线圈。因为电刷B1、B2静止不动,电流总是从正极性电刷B1流入,经过旋转的换向片流入位于N极下的导体,再经过位于S极下的导体,由负极性电刷B2流出。故当导体旋转而交替地处于N极和S极下时,导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向,从而使电磁转矩始终保持不变,使电枢向同一个方向旋转,这就是直流电动机的工作原理。
 
对直流发电机而言,当直流发电机在原动机的拖动下时,直流发电机的转子转动,电枢绕组不断切割不同磁极下的磁通,感应出交流电动势,但是由于换向器和电刷的机械整流作用,电枢绕组两端的电动势和电压变成直流。通过接线端子,将电刷两端与直流负载相连接,直流发电机就能向负载提供直流电压和直流电流。
 
直流电机的可逆性
 
一台直流电机既可作为发电机运行,也可以作为电动机运行,只是外界条件不同而已,一个是输入机械能,一个是输入电能。这种既能作发电机运行,又能作电动机运行的原理,在电机理论中称为可逆原理。
 
脉动的降低
 
前述的模型电机,由于电枢上只有一个线圈,所以电枢感应电动势和电磁转矩脉动都很大。为了减少脉动,实际的电枢绕组都是由装设在电枢表面相隔一定角度的许多个线圈串联而成,如图2所示(图中为6个线圈)。
直流电机工作原理 画解
图2 电枢上装有六个线圈的两极直流电机
 
从电刷端点看,此时电枢绕组形成两条并联支路,每条支路由三个线圈串联而成,电刷B1、B2上的电动势为3个线圈电动势瞬时值之和,如图3所示。此时电刷上的电动势脉动程度将大为减小。电磁转矩情况与之类似。
直流电机工作原理 画解
图3 每极下有三个串联线圈时电刷上的电动势波形

直流电动机控制结构是什么
 
直流无刷电机的控制结构,直流无刷电机是同步电机的一种,也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响,N=120.f / P。在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器),
 
控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
 
直流无刷驱动器包括电源部及控制部:电源部提供三相电源给电机,控制部则依需求转换输入电源频率。电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V),如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。
 
不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(Q1~Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。
 
控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制,所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor),作为速度之闭回路控制,同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
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