直流電機是什么 直流電機介紹及其工作原理

直流電機（Direct Current Machine）是一種能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能與機械能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，直流電機既可以作為直流電動機使用，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，也可以作為直流發(fā)電機使用，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。

一、直流電機的結(jié)構(gòu)

直流電機主要由以下幾個關(guān)鍵部件組成：

1. 疊成的鐵心 ：鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，其外圓開有電樞槽，用于嵌放電樞繞組。
2. 電樞繞組 ：電樞繞組是直流電機進行能量變換的關(guān)鍵部件，由許多線圈按一定規(guī)律連接而成。這些線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，并按上下兩層嵌放在電樞槽中。線圈與鐵心之間以及上下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣，槽口用槽楔固定，線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。
3. 換向器 ：在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變。在直流發(fā)電機中，換向器則將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。
4. 轉(zhuǎn)軸 ：轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。

此外，直流電機還包括磁極、槽線圈、磁鐵等組成部分。

二、直流電機的工作原理

直流電機的工作原理基于直流電流與磁場之間的相互作用產(chǎn)生力矩，從而使電機轉(zhuǎn)動。以下是詳細的工作過程：

1. 直流電動機的工作原理 ：
   • 通電過程 ：直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流流過。
   • 磁場作用 ：電機內(nèi)部存在磁場，載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力的作用，根據(jù)左手定則，電磁力f的方向垂直于電流I和磁場B所在的平面，并指向電流I與磁場B叉乘的方向。
   • 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) ：所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，拖動機械負載。
   • 換向器作用 ：換向器與電刷配合，確保電樞線圈中的電流方向不斷改變，以保持電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變。
2. 直流發(fā)電機的工作原理 ：
   • 機械能輸入 ：當機械能作用于直流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子時，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。
   • 電磁感應(yīng) ：旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在磁場中切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
   • 換向器作用 ：感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢通過換向器和電刷，轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。

三、直流電機的分類

直流電機按勵磁方式可以分為以下幾類：

1. 永磁直流電機 ：永磁直流電機的磁極由永磁材料制成，無需外部勵磁電源。
2. 他勵直流電機 ：他勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組分別由獨立的電源供電。
3. 自勵直流電機 ：自勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組有一定的電氣聯(lián)系，按勵磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，自勵直流電機又可分為并勵、串勵和復(fù)勵三種。
   • 并勵直流電機 ：勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，作為并勵發(fā)電機來說，電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源。
   • 串勵直流電機 ：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。
   • 復(fù)勵直流電機 ：電機具有并勵和串勵兩個勵磁繞組。

四、直流電機的應(yīng)用

直流電機因其轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、易于控制等特點，在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用：

1. 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域 ：直流電機在機床、風機、泵、印刷設(shè)備、冶金設(shè)備、化工設(shè)備、食品加工設(shè)備、紡織機械等設(shè)備中常作為動力源。
2. 交通運輸領(lǐng)域 ：電動車、電動汽車、電動自行車等交通工具采用直流電機作為動力源。此外，在鐵路、地鐵、電車等運輸工具中，直流電機也被用于控制車速、啟動和制動。
3. 醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域 ：X光機、CT掃描儀、手術(shù)鉆等醫(yī)療設(shè)備采用了直流電機，滿足醫(yī)療設(shè)備對電機驅(qū)動的高要求。
4. 家用電器領(lǐng)域 ：洗衣機、冰箱、風扇、家庭電視、空調(diào)、吸塵器、電腦風扇等家用電器也廣泛采用直流電機，具有高效率、低噪音和長壽命等優(yōu)點。
5. 其他領(lǐng)域 ：直流電機還在電動工具、船舶、自動化系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

五、總結(jié)

直流電機作為一種將直流電能與機械能互相轉(zhuǎn)換的裝置，在工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等多個領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其工作原理基于直流電流與磁場之間的相互作用產(chǎn)生力矩，通過電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸等關(guān)鍵部件實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，直流電機將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。