直流电机的特性和种类.doc

直流电机的特性和种类2、前面一章叙述的是由永久磁铁作定子、铁芯线圈作转子、带电刷的直流电动机的工作原理。通常称为“永磁式有刷”直流电动机。长期以来,这种电动机一直在被广泛地应用着。除了永磁式有刷直流电动机外,还有其他几种直流电动机。一种是有永久磁铁和电刷,但其转子没有铁芯,称为“无铁芯”直流电动机;另一种是定子采用电磁线圈代替永久磁铁称为“电磁式有刷”(绕线式)直流电动机,这种电动机的转子同定子一样,都采用铁芯线圈产生工作磁场。绕线式电动机有三种形式。定、转子线圈串联连接的称为“串励”电动机;并联连接的称为“并励”电动机;定子线圈一分两路,一路与转子串联连接,另一路与转子并联连接的称为“复励”电动机。还有没有整流子和电刷的,根据电子切换原理控制定子电流的电动机称为“无刷”直流电动机;不连续旋转,而是以某一角度间歇转动的电动机称为“步进”电动机;不是旋转而是作直线运动的电动机称为“直线”电动机。其中,无刷电动机和步进电动机虽然可划分在直流电动机范畴,但是只给它们提供直流电源是不够的,还必须给它们配置类似于交流伺服电动机的电子开关电路。为了说明电动机的原理,通常都是从永磁式有刷直流电动机的特性说起。’“输入电流和转矩成正比”是最基本的特性之一。电动机的转矩也就是旋转力矩来源于放置在磁场中的转子线圈所受的“电磁力”(参见第34页)。这个电磁力与磁场强度的强弱和流过线圈的电流的大小成正比。定子采用永久磁铁的电动机磁场强度一定,所以它的电磁力的大小只与电流的大小有关。也可以说电动机的输出转矩与转子电流成正比。如果把上述转矩和电流的关系描绘成曲线,就会发现它是一条直线,通常还称为“线性”特性。通过这条曲线可以看出,转矩和电流始;终是沿着那条斜线变化。不管在曲线上哪一点,只要电流变化,转矩:就会跟着变化。“转矩和转速成反比’是电动机的另一特性。电风扇和玩具车等,都是电动机驱动的机械负载。电动机不接负载的旋转称为“空载旋转”。这个状态下的转速称为“空载转速’、电流称为“空载电流’。电动机从空载状态开始旋转:负载逐渐加大。右边图形就描述了这种状态下负载与转速的关系曲线。这也是一条反倾斜直线,通常称转矩一转速特性为反比例特性。当施加在电动机的电压变化时,曲线也随之做上下平移。转矩一电流、转矩一转速、转速一电压等特性曲线都是直线,所以使得电动机的控制变得更为简单。尤其是有了电流控制,使得电动机在启停时,都可以按所需要的加、减速任意设置了。永磁式电动机由于定子使用的是磁铁,与绕线式电动机相比,它不需要另外增加产生磁场的电能;同时,转子又采用高磁通密度的铁芯,所以效率高是它的一个特点。另外,使用整流子和电刷结构,可以不使用特殊的电子线路。这些都是它的优点。当然,使用这些结构亦有它的缺点。由于整流子和电刷的机械接触,随着电动机转速的增加,势必产生噪声,这将限制了转子的高速旋转;由于磨损需要定期更换电刷和定期维护,这势必会减少它的使用寿命(参见第22页);又由于电感线圈的存在,产生电气噪声等都是它转子采用硅钢片叠片铁芯,其重量加大了转子的转动惯性。更重要的是转子铁芯和线圈之间,相对定子磁极的间隙随着转子的位置不同,对磁通的影响也不同。因为磁通总是避开间隙较大的地方而是沿着间隙较小、导磁率较高的地方流过,所以转动中就有可能发生转矩为零的死区。高速旋转时还不会出现什么问题,低速旋转时就有可能产生时快时慢,用术语来说是“齿槽效应’。为了减小这种齿槽效应,人们下了很多工夫,比如增加转子极数、将转子铁芯形状做成扇形等。综合考虑上述各种优缺点,永磁式有刷直流电动机是一种容易推广使用的电动机。事实证明,很多产品的动作都是采用这种电动机驱动的。所以,我们仅仅了解产品目录上标定的“额定电压”、“空载转速”、“最大转矩”是不够的,了解电动机的性能非常重要。为了增加有刷直流电动机的磁力,通常在线圈中插入铁芯(芯),但也有其缺点。还有一种转子线圈不插铁芯的电动机,称为“无铁芯”电动机。无铁芯电动机的转子线圈是由导线绕制而成的,分圆筒型和平板型。圆筒型线圈的电动机称为圆筒电动机、扁平线圈的电动机称为平板型电动机。圆筒电动机的定子永久磁铁安装在圆筒线圈的内侧,平板型电动机定子磁铁固定在圆盘上。因为扁平线圈的绕制方法不同,使得它有别于“印制”型电动机和“薄片’线圈型电动机。电动机不安装转子铁芯,使得惯性质量减小了;还可以减小由于铁芯外形引起的齿槽效应转矩。这是机械特性上的优势。另外,不安装铁芯,磁通量通过铁芯产生的涡流也不存在了,这就使得电气效率更高了。电动机的电感量小,整流时产生的火花也可以减少,这是电气特长。圆筒型电动机的转轴直径可以做得很小,大概可以做到几司米以内。这样,可以减小电动机的长度,使得制造超薄型扁平电动机成为可能。这将推动多种小型电动机的发展。根据这些特性,虽然输出转