直流电动机工作原理

8.1.2　直流电动机工作原理

与交流电动机一样，直流电动机也是利用电磁感应原理，通过载流导体与磁场的相互作用产生电磁转矩。如图8-5所示为其工作原理图。

图8-5　直流电动机工作原理

通过直流电源励磁，产生恒定磁场，N、S是主磁极。为了方便起见，假设电枢绕组中只有一个线圈abcd。线圈abcd的两个引出端分别接在1、2换向片上，换向片和电枢绕组随转子转动，电刷A、B固定不动，分别贴在1、2两个换向片上，如图8-5（a）所示，通过电刷和换向片的接触，使线圈abcd与外电路接通。在A、B电刷两端加上直流电压，A刷接正极，B刷接负极，电流I _a从电刷A流入、经过换向片1、线圈abcd、换向片2再由电刷B流出，最终回到电源，形成一个回路。线圈abcd的两个载流导体ab、cd在磁场的作用下，受到电磁力。由左手定则可判定ab、cd边受力方向分别为向左、向右。ab与cd边的电磁力又产生驱动电枢（或转子）逆时针方向旋转的电磁转矩。

当电枢（或转子）转过180°后，如图8-5（b）所示，线圈的ab边从N极转到S极，而cd边从S极转到N极，换向片l转到电刷B，换向片2转到电刷A。此时，电流I _a经电刷A、换向片2、线圈dcba、换向片1、电刷B与电源形成回路。线圈的导体ab、cd中的电流方向发生了改变，因而两导体上所受电磁力的方向也改变，但线圈所产生的电磁转矩方向不变，仍是逆时针方向，所以电枢绕组（或转子）的旋转方向不变。

电动机的转子能按一定的方向连续旋转，正是因为换向器起了将电源的直流变换成电枢绕组中的交流，进而保证同一磁极下线圈导体的电流方向及电磁力方向不变、电磁转矩方向恒定的作用。实际上直流电动机有许多线圈，相应的换向片也很多。这样，电枢绕组通电后，就能产生大而平稳的电磁转矩。

由上所述，电磁转矩T是由于电枢电流与磁极磁通相互作用而产生的，所以T的大小就与电枢电流I_a和每极磁通φ的乘积成正比，即：

T=C_TφI_a　　　　　　　　　　　　　　　　（8-1）

式中，C_T是一个常数，它取决于电机的结构。

电枢旋转时，线圈因切割磁力线而产生感应电动势。感应电动势E的大小与电动机的转速和磁极磁通φ的乘积成正比，即：

E=C_eφn　　　　　　　　　　　　　　　　（8-2）

式中，C_e是一个常数，也取决于电机的结构。

因此可得到电枢回路电压方程：

U=E+I_aR_a　　　　　　　　　　　　　　　　（8-3）

式中，R_a为电枢电路的电阻，U为加在电枢绕组两端的电压。

图8-6　直流电动机的电枢电路