1.电磁转矩的产生。 串励式直流电动机是根据通电导体在磁场中受到电磁力作用这一原理工作的。其工作原理如图6-9所示。
电动机工作时,电流通过电刷和换向片流入电枢绕组。换向片A与正电刷接触,换向片B与负电刷接触,绕组中的电流从a→b根据左手定则判断绕组匝边ab、cd均受到电磁F的作用,由此产生逆时针方向的电磁转矩M使电枢转动;当电枢转动至换向片A与负电刷接触,换向片B与正电刷接触时,电流改由b→a,但电磁转矩的方向仍保持不变,使电枢按逆时针方向继续转动。
由此可见,直流电动机的换向器可将电源提供的直流电转换为电枢绕组所需要的交流电以保证电枢绕组所产生的电磁力矩的方向保持不变,使其产生定向转动。但实际的直流电动机为了产生足够大且能保持转速稳定的电磁力矩,其电枢上绕有很多组线圈,换向器的铜片也随其相应增加。
根据安培定律,可以推导出电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量Φ及电枢电流ls之间的关系为
2.直流电动机转矩自动调节原理。
电枢在电磁转矩M作用下产生转动,由于绕组在转动的同时切割磁力线而产生感应电动势,并根据右手定则判定其方向与电枢电流Ⅰ的方向相反,故称为反电动势E。反电动势Ef与磁极的磁通Φ和电枢的转速n成正比,即
由于反电动势的方向与电源电压的方向相反,因此电动机工作时,电枢回路的电压平衡方程式为
在直流电动机刚接通电源的瞬间,电枢转速n为0,电枢反电动势Ef=0,此时,电枢绕组中的电流达到最大值,即Ism=U/Rs,将相应产生最大电磁转矩,即Mmax,若此时的电磁转矩大于电动机的阻力矩Mz,电枢就开始加速转动起来。随着电枢转速的上升,Ef增大,If下降,电磁转矩M也就随之下降。当M下降至与Mz相平衡时(M=Mz),电枢就以此转速运转。如果直流电动机在工作过程中负载发生变化,就会出现如下变化当工作负载增大时,M＜Mz→n↓→Ef↓→Is↑→M↑→M=Mz,达到新的稳定;
当工作负载减小时,M＞Mz→n↑→Ef↑→Is↓→M↓→M=Mz,达到新的稳定。
由此可见,当负载变化时,电动机能通过电枢转速、电枢电流和转矩的自动变化来满足负载的需要,使之在新的转速下稳定工作。因此串励直流电动机具有自动调节转矩功能。这是汽车发动机采用串励式电动机起动的原因之一。
