直流电机遵循线性运行规律,因此,与同步或异步电机相比,它更容易充分利用其特性
●直流电机组成:
定子由金属体和在定子内部形成永久磁场的一个或多个磁铁组成。在定子的后面是电刷安装和电刷齿轮,提供与转子的电气接触。转子本身是由一个携带线圈的金属体形成的,线圈在转子后部的换向器互连。换向器和电刷组件然后选择电流在相反方向通过的线圈。
操作原理无论转子线圈的绕组有多复杂,一旦它们被通电,它们就会以铁磁圆柱的形式出现,上面缠绕着一个螺线管。
螺线管的导线实际上是位于转子槽内的导线束。当转子被通电时,它就像一个电磁体,磁场沿着轴线沿着电流流过的方向将螺线管的导线分开。
因此,电机由固定永磁体(定子)、移动磁体(转子)和集中磁通量(电机体)的金属体组成。(图一 )
通过对极的引力和同极的斥力,一个力矩作用在转子上,使它转动。当转子的两极之间的轴垂直于定子的两极的轴时,这个扭矩是在一个最大值。当转子开始转动时,固定电刷就与旋转的换向器段依次接触并断开接触。转子线圈然后被通电和断电,以这样一种方式,作为转子转动,转子的一个新的极的轴总是垂直于定子。由于换向器的排列方式,不管转子在什么位置,它都在不断地运动。合成转矩的波动通过增加换向器段的数目来减少,从而使旋转更加平稳。通过将电源反转给电机,转子线圈中的电流,也就是南北两极的电流就被反转了。因此,作用在转子上的转矩被逆转,电机改变它的旋转方向。就其本质而言,直流电机是一个具有可逆旋转方向的电机。
●转矩和转速:
电机产生的转矩和它的旋转速度是相互依赖的。
这是电机的基本特性;它是线性关系,用于计算电机的空载转速和启动转矩。(DRW 1)
由转矩与速度的关系图推导出电机输出功率的曲线。(DRW 2)转矩与速度和输出功率曲线取决于电机的供电电压。
电机的供电电压假设电机在额定运行条件下的环境温度为20℃下持续运行。
可以给电机提供不同的电压(通常在推荐电压的-50%到+ 100%之间)。如果使用较低的电压而不是推荐的电源,电机的功率就会降低。如果使用更高的电压,电机会有更高的输出功率,但会运行得更热(建议间歇运行)。
对于电源电压在大约- 25%到+ 50%之间的变化,新的扭矩与速度图将保持与前一个图平行。其启动转矩和空载转速随供电电压变化的百分比(n%)相同。最大输出功率乘以(1 +η%)
例如:供电电压增加20%
启动扭矩增加20% (x 1.2)
空载速度提高20% (× 1.2)
输出功率增加44% (x 1.44)
转矩和供电电流:
这是直流电动机的第二个重要特性。它是线性的,用于计算空载电流和转子静止时的电流(启动电流)。
这个关系的图形不随电源电压而变化
的发动机。根据转矩和启动电流,将曲线末端进行延伸。
该扭矩常数为::C=Kc(I-Io),旋转摩擦扭矩为Kc. Io。因此扭矩的表达式为:C=Kc。I-Cf Cf = Kc。Io
Kc =转矩常数tr (N.m/A)
Cd=启动扭矩(N.m) Cf =转动摩擦扭矩(N.m)
I =电流(A) Io =空载电流(A) Id =启动电流(A)
这条曲线的梯度称为电机的“转矩常数”。
●效率
电机的效率等于它所能提供的机械输出功率除以它所吸收的功率。输出功率和吸收功率随转速的变化而变化,因此效率也是电机转速的函数。当给定转速大于空载转速的50%时,可获得最大效率。
●温度上升
电机的温升是由于电机的吸收功率和输出功率之间的差。这个区别就是能量损失。温升也与功率损失有关,它以电机发热的形式出现,并没有被周围的空气(热阻)迅速吸收。通过通风可以大大降低电动机的热阻。
●重要
额定工作特性对应于在20℃环境温度下连续工作所需的电压-转矩-转速特性。在这些工作条件之外,只能间歇工作:为了确保安全运行,所有关于极端工作条件的检查无一例外都必须在客户的实际应用条件下进行。