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发布日期:2018-05-18 作者: 点击:

      直流励磁的磁路在电工设备中的应用,除了直流电磁铁(直流继电器、直流接触器等)外,最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发电机;锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外,在许多工业部门,例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等,通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源,向负载输出电能;直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作,向负载输出机械能。在控制系统中,直流电机还有其它的用途,例如测速电机、伺服电机等。虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同,但是它们的结构基本上一样,都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。 直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题,消耗有色金属较多,成本高,运行中的维护检修也比较麻烦。因此,电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能,并且大量代替直流电动机。不过,近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面,已经取得了很大进展。包括直流电机在内的一切旋转电机,实际上都是依据我们所知道的两条基本原则制造的。一条是:导线切割磁通产生感应电动势;另一条是:载流导体在磁场中受到电磁力的作用。因此,从结构上来看,任何电机都包括磁场部分和电路部分。从上述原理可见,任何电机都体现着电和磁的相互作用,是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。我们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理,就是讨论直流电机中的“磁”和“电”如何相互作用,相互制约,以及体现两者之间相互关系的物理量和现象(电枢电动势、电磁转矩、电磁功率、电枢反应等)。

         一、 直流发电机的基本工作原理 直流发电机和直流电动机具有相同的结构,只是直流发电机是由原动机(一般是交流电动机)拖动旋转而发电。可见,它是把机械能变为电能的设备。直流电动机则接在直流电源上,拖动各种工作机械(机床、泵、电车、电缆设备等)工作,它是把电能变为机械能的设备。但是,当前已经有可控硅整流装置替代了直流发电机,为了能使大家更好的理解直流电动机,有必要同时讲述一下直流发电机的原理。我们首先来观察直流发电机是怎样工作的。 电刷A、B分别与两个半园环接触,这时A、B两电刷之间输出的是直流电。我们再来看看这时线圈在磁极之间运动的情况。从图1(a)可以看出,当线圈的ab边在N极范围内按逆时针方向运动时,应用发电机右手定则,这时所产生的电动势是从b指向a。这时线圈的cd边则是在S极范围内按逆时针方向运动,依据发电机右手定则可以判断,cd边中的感应电动势方向是从d指向c。从整个线圈来看,感应电动势的方向是d-c-b-a。因此,和线圈a端连接的铜片1和电刷A是处于正电位;而和线圈的d端连接的铜片2和电刷B是处于负电位。如果接通外电路,那么电流就从电刷A经负载流入电刷B,与线圈一起构成闭合的电流通路。当线圈的ab边转到S极范围内时,cd边就转到N极范围内(图1,b),用右手定则判断可以知道,这时线圈cd边中产生的电动势方向是从c到d,而ab边转到了S极范围内,其中电动势的方向则是有a到b。由于电刷在空间是不动的,因此和线圈d端连接的铜片2和电刷A接触,它的电位仍然是正。而与线圈a端连接的铜片1则和电刷B接触,它的电位仍然是负。接通外电路时,电流仍然是从电刷A经负载流入电刷B,与线圈一起构成闭合的电流通路。不过,要注意到这时线圈内的电流已经反向了。由此可知,当线圈不停地旋转时,虽然与两个电刷接触的线圈边不停的变化,但是,电刷A始终是正电位,电刷B始终是负电位。因此,有两电刷引出的是具有恒定方向的电动势,负载上得到的是恒定方向的电压和电流。也就是说,尽管线圈abcd中感应电动势的方向不断交变,但是电刷A总是和处在N极范围内的线圈边接触,电刷B总是和处在S极范围内的线圈边相接触,它们的极性始终不变。于是,线圈中的交流电经过铜片和电刷整流后,便成为外电路中的直流电了。这两个半圆形的铜片就叫做换向片,它们合在一起叫做换向器。

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