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--熱烈祝賀我會聯(lián)辦的科普活動被中國科協(xié)評為--優(yōu)秀科普活動
12月21日，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會辦公廳印發(fā)《關(guān)于對2020年全國科普日有關(guān)組織單位和活動予以表揚(yáng)的通知》（科協(xié)辦函普字【2020】158號），江蘇省機(jī)械工程學(xué)會、南京工程學(xué)會和江蘇省學(xué)會服務(wù)中心聯(lián)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(yōu)秀科普活動。
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直流電動機(jī)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(shù)：3402
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理論上，同一臺直流電機(jī)可以用作電動機(jī)或發(fā)電機(jī)。因此，直流電動機(jī)的構(gòu)造與直流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造相同。
直流電動機(jī)的工作原理
電動馬達(dá)是一個電機(jī)，其將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。直流電動機(jī)的基本工作原理是：“ 每當(dāng)載流導(dǎo)體置于磁場中時，它就會受到機(jī)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(nèi)導(dǎo)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(dǎo)體所受力的方向。當(dāng)電樞繞組連接到直流電源時，繞組中會產(chǎn)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(jù)上述原理，載流電樞導(dǎo)體會受到磁場的作用力。
換向器被分段以實(shí)現(xiàn)單向轉(zhuǎn)矩。否則，每當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動方向在磁場中反轉(zhuǎn)時，力的方向就會每次都反轉(zhuǎn)。這就是直流電動機(jī)的工作原理！
反電動勢
根據(jù)自然的基本定律，只有在存在某種反對轉(zhuǎn)換之前，才能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。對于發(fā)電機(jī)，這種反作用是由磁阻提供的，但是對于直流電動機(jī)，則存在反電動勢。
當(dāng)電動機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)體也會切斷磁通線，因此，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，電動勢會在電樞導(dǎo)體中產(chǎn)生。該感應(yīng)電動勢的方向應(yīng)使其與電樞電流（I a）相對。反電動勢的大小可以由直流發(fā)電機(jī)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(jī)的速度成正比。假如直流電動機(jī)上的負(fù)載突然減小了，所需扭矩將比當(dāng)前扭矩小。由于過大的扭矩，電動機(jī)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(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，轉(zhuǎn)矩也將減小，直到變得足以承受負(fù)載為止。因此，電動機(jī)的速度將調(diào)節(jié)。
另一方面，如果突然加載了直流電機(jī)，則負(fù)載將導(dǎo)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(zhuǎn)矩以滿足負(fù)載要求。因此，反電動勢的存在使直流電動機(jī)“自我調(diào)節(jié)”。
直流電動機(jī)通常根據(jù)其勵磁配置進(jìn)行分類，如下所示：
單獨(dú)勵磁（勵磁繞組由外部電源供電）
繞線（勵磁繞組與電樞串聯(lián)）
分流繞組（勵磁繞組與電樞并聯(lián)）
長分流
短分流
交流和直流電動機(jī)之間的主要區(qū)別在于：定子產(chǎn)生的磁場在交流殼體中旋轉(zhuǎn)。通過端子引入三個電相，每個相為一個單獨(dú)的勵磁極供電。當(dāng)各相達(dá)到其最大電流時，該極處的磁場將達(dá)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(nèi)的不同時間達(dá)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(zhuǎn)子看到的磁場正在旋轉(zhuǎn)。磁場的旋轉(zhuǎn)速度（稱為同步速度）取決于頻率電源和定子繞組產(chǎn)生的極數(shù)的關(guān)系。對于美國使用的標(biāo)準(zhǔn)60 Hz電源，最大同步速度為3600 rpm。
在三相感應(yīng)電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子上的繞組沒有連接到電源，而是基本上短路。轉(zhuǎn)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(dāng)電動機(jī)最初啟動且轉(zhuǎn)子靜止時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體會經(jīng)歷以同步速度掃過的變化磁場。根據(jù)法拉第定律，這種情況導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組周圍產(chǎn)生電流。該電流的大小取決于轉(zhuǎn)子繞組的阻抗。由于現(xiàn)在滿足了電動機(jī)作用的條件，也就是說，在磁場中找到了載流導(dǎo)體，因此轉(zhuǎn)子會經(jīng)歷轉(zhuǎn)矩并開始旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子永遠(yuǎn)不會以同步速度旋轉(zhuǎn)，因?yàn)榇艌龊娃D(zhuǎn)子繞組之間不會有相對運(yùn)動，也不會感應(yīng)出電流。感應(yīng)電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩高。
在鼠籠式電動機(jī)中，電動機(jī)速度由其驅(qū)動的負(fù)載以及在定子中產(chǎn)生磁場的磁極數(shù)決定。如果接通或斷開某些極點(diǎn)，則可以通過增量來控制電動機(jī)速度。在繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)中，可以從外部改變轉(zhuǎn)子繞組的阻抗，從而改變繞組中的電流，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的速度控制。
三相同步電動機(jī)與感應(yīng)電動機(jī)大不相同。在同步電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子使用直流勵磁線圈來產(chǎn)生恒定磁場。在使轉(zhuǎn)子接近電動機(jī)的同步速度之后，轉(zhuǎn)子磁體的北極（南極）鎖定到旋轉(zhuǎn)的定子磁場的南極（北極），并且轉(zhuǎn)子以同步速度旋轉(zhuǎn)。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的旋轉(zhuǎn)。由于上述原因，鼠籠在同步速度下不起作用。
在大多數(shù)家庭環(huán)境中使用的單相感應(yīng)和同步電動機(jī)的工作原理與三相電動機(jī)所解釋的原理相似。然而，由于單相不會單獨(dú)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，因此必須進(jìn)行各種修改以產(chǎn)生啟動扭矩。因此，感應(yīng)電動機(jī)采用分相，電容啟動或陰影極設(shè)計。用于定時器，時鐘，錄音機(jī)等的同步單相電動機(jī)依賴于磁阻或磁滯設(shè)計。
