汽车散热器风扇直流电机基础知识

这种调速方法的局限是转速只能升高，即调速后的转速要超过额定转速。因为电机不允许超 速太多，因此限制了它的调速范围。在实际工作中，这种方法常作为电压调速的一种补充手段。 2﹑调压法，即改变电压U。当保持他励电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压U， 则由 n=U/KT· Φ-Ra/KE· KT· Φ2· T 可见，n0变低了，但△n未改变。在一定负载下，U愈低，则n愈低。由于改变电枢电压只能向 小于电动机额定电压的方向改变，所以转速将下调(nn)。 调速的过程是：当磁通Φ保持不变时，减小电压U由于转速不立即发生变化，反电动势E便暂 不变化，于是电流Ia减小，转矩T也减小。如果阻转矩Tc未变，则T＜Tc，转速n下降。随着n的降低， 反电动势E减小，Ia和T增大，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来降低了。 由于调速时磁通不变，如在一定的额定电流下调速，则电动机的输出转矩便是一定的（恒转 矩调速）。 这种调速方法有下列优点： ①机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好； ②调速幅度大； ③可均匀调节电枢电压；得到平滑的无级调速。 这种调速方法的缺点是调压需用专门的设备，投资较高。近年来由于采用了可控硅整流电源 对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。許多设备中直流电动机的调速多采用这种 方法。
☆需注意的是，直流电动机在起动或工作时，励磁电路必须保持接通装态，不能让它断开 （起动时要满励磁）。否则，由于磁路中只有很小的剩磁，可能发生下述事故。 ①如果电动机是静止的，因转矩太小(T=KTΦIa)，不能起动；由于反电动势为零，电枢电流 很大，电枢绕组有被烧坏的危险。 ②如果电动机在有载运行时断开励磁电路，电动势立即减小而使电枢电流增大；同时由于所 产生的转矩不能满足负载需要，电动机必将减速而停车，更加促使电枢电流的增大，以致烧毁电 枢和换向器。 ③串勵直流电动机如果空载运行，它的转速可能上升到很高的值（这种事故叫“飞车”）， 使电机遭受严重的机械损伤，而且还会因电枢电流过大将绕组烧毁。
2．直流电动机的工作原理
在电刷AB之间加上直流电压U，电枢线圈中的电流流向为：N极下的有效边中的电 流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向。这样两个有效边中受到 的电磁力的方向一致，电枢开始转动。通过换向器可以实现线圈的有效边从一个磁极如 N极转到另一个磁极下如S极时，电流的方向同时发生改变，从而电磁力或电磁转距的方 向不发生改变。电磁转距是驱动转距，其大小也为：T=KTΦIa。电动机的电磁转距T必 须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡。即T=T2+ T0 另外当电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动势E，这个电动势的方 向与电流或外加电压的方向相反，称之为反电动势。其大小为：E=kEΦn方向与Ia相反。
3﹑串励电动机 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后 接直流电源，如图3所示。串励电动机励磁绕组的 特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流 一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它 的电阻也较小。串励电动机多于负载在较大范围 内变化的和要求有较大起动转矩的设备中。 4、复励电动机 这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕 组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并 联，如图4所示，所以复励电动机的特性兼有串励 电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。 5、永磁电電動机 這种直流電動机沒有勵磁繞組﹐直接以永久 磁鐵建立磁場來使轉子轉動。這种電動机在許多 小型電子產品上得到了廣泛應用。 在以上四种类型的直流电动机中，以并励直 流电动机和他励直流电动机应用最为广泛。
(2)在电枢回路外串电阻Rst起动 U Ist＝ ------R内 ＋ Rst 从公式可以说明，电枢回路的外串电阻Rst 增大，起动电流Ist 必然减小， Rst的值一般 能使起动电流等于电流的1.5～2倍即可。早已存专用三点式或四点式起动器。使用起动器时， 起动过程中外串电阻Rst逐段切除。 这种电阻起动法广泛应用于小型直流电动机，较大容量和经常起动的电动机常采用降压起动 去，依靠降低电动机端电压来限制起动电流。降压起动需要一套调压供电装置作为电动机电 源，常用于他励电动机，只降低电枢两端电压，励磁电压保持不变。 (3)降壓啟動 Q Ist＝ ------R内 从公式看出，降低电枢电压，Ist 减小。 优点：没有起动电阻，起动过程平滑，起动过程中能量损耗少。 缺点：专用降压设备，成本较高。
二﹑直流電動的工作原理
1﹑直流电动机的结构
直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成，其结构如图5所示。 （1）磁极。磁极是电动机中产生磁场的装置，如图5所示。它分成极心和极掌两部分。极心上 放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组； 磁极是用钢片叠成的，固定在机座（即电机外壳）上；机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。 （2）电枢。电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心 呈圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组，如图7所示。 （3）换向器（整流子） 换向器是直流电动机的一种特殊装置，其外形如图8所示，主要由许多换向片组成，每两个相 邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电 路联接。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。
直流电动机的调速
并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维修也不方便，但 是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无级调 速，因此，对调速要求高的印刷设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机 械传动机构比较简单。 由直流电动机的转速公式 n=U-IaRa/KEΦ 可知，Ra、Φ和U中的任意一个值，都可使转速改变，改变电枢电路中外电阻的方法也可进 行调速。但其缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小，且只能进行有级调速，故这种方法 目前已较少采用。现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法。
2﹑選用方法
下面主要介紹一下各种直流電動机的性能特點及選用范圍﹐便可根据需要對電動 机進行選擇。
表 3 電磁式直流電動机的性能特點及選用范圍 項目 他勵 并勵 复勵 串勵 啟動轉矩与電樞電流成正比﹐ 啟動轉矩較大﹐ 与串勵程 如通常將啟動電流限制在額定 啟動轉矩很大﹐常可達 啟動轉矩 度有關﹐ 常可達額定轉矩 電流的 2. 5 倍以內﹐啟動轉矩為 額定轉矩的 5 倍以上 的 4 倍。 額定轉矩的 22. 5 倍。 短時過載轉矩 額定轉矩的 1 . 5倍 約為額定轉矩的 3. 5 倍 可達額定轉矩的 4 倍 与串勵程度有關﹐可達 轉速變化率 51 5% 很大﹐空載轉速甚高。 2530% . 削弱磁場恒功率 用外接電阻与串勵繞 調速﹐ 轉速升高﹔ 削 弱 磁 場 恒 削弱磁場調速﹐ 轉速可上 降低電樞電壓恒 功率調速﹐ 組串聯或并聯﹐或將串 調速范圍 升至額定轉速的 2 倍左 轉速 調速﹐轉速 轉 速 比 1﹕ 勵繞組串并聯換接﹐調 右。 1 ﹕4 速范圍寬。 降 低 ﹔ 調 速 范 圍 2路寬。 用于驅動要求啟動轉矩 用 于 驅 動 要 求 啟 動 轉 用于驅動相對功率路大﹑在不 較大而轉 速變化不大 矩很大﹐經常啟動﹑轉 同負載下要求轉速變化不大和 或沖擊性的机械﹐ 如壓縮 速 允 許 有 很 大 變 化 的 選用范圍 要求調速的机械﹐如泵﹑風机﹑ 机﹑冶金輔助傳動机械 机械﹐如蓄電池 供電 小型机床﹑印刷机械等。 等。 車﹑電車﹑起貨車等。 种類
圖c中与圖a中電流流向恰好相 反﹐但根据左手定則可知電磁力方向 如圖所示﹐線圈仍然以順時針方向轉 動。
圖d中﹐線圈又轉到平衡位置﹐ 電流又自動改變方向繼續轉動。
就這樣線圈便周而复始的轉動起 來。
三、直流电动机的使用
直流电动机的使用主要包括起动、调速等。这里我們以并励直流电动机为例讨论其起动和调速 情况。
起動 1﹑定义
电动机接到规定电源后，转速从零上升到稳态转速的过程称为起动过程。这里分析稳态起动即 n=0,Ea=0 之瞬间，起动电流将很大。起动问题是评价电动机性能的重要方面之一。这是一个动态 过程。但这里只介绍稳态情况，即在电动机接入电源瞬间，转子待转而未转动这一瞬间的状态。 系统要求起动电流要小，起动转矩要大的原因是要保证电源供电质量和起动时间要短。 2﹑对电动机起动的要求
a起动电流要小；
b起动转矩要大； c起动设备要简单便可靠。
3﹑起动方法 (1)直接起动（即全压起动） 操作方法简便，不需任何起动设备，只需两个开关（励磁开关和电枢开关）即可 但起动时冲击电流很大，可达（10～20）IN，从而冲击电源电压，影响同一电源的其他设备正常 运行。还对电机本身造成换向困难引起较大火花。故全压起动仅用于微小型电动机的起动。
工 务 部 专 题 报 告
【直流電動机】
核准﹕
審查﹕ (Tel﹕6763）
CCT30 許海峰
主要內容介紹
1﹑种類 2﹑工作原理 3﹑使用方法
4﹑選用方法
一﹑直流電動的种類
直流电动机一般可分為電磁式和永磁式，電磁式電動机除了必须给电枢绕组外接直流电 源外，还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场。电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独 供电，也可以由一个公共电源供电。按励磁方式的不同，直流电动机可以分为他励﹑并励、串 励﹑和复励等形式。由于励磁方式不同，它们的特性也不同。 1、他励电动机 他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电，如 图1所示。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。 但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。 2、并励电动机 并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电 源供电，如图2所示，这时电源提供的电流I等于电枢电流Ia和 励磁电流If之和，即I=Ia+If。 并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电 流小。这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个 电压通常较高。励磁绕电阻大，可使If减小，从而减小损耗。 由于If较小，为了产生足够的主磁通，就应增加绕组的匝数。 由于If较小，可近似为I=Ia。 并励直流电动机的机械特性较好，在负载变时，转速变化很 小，并且转速调节方便，调节范围大，启动转矩较大。因此应 用广泛。