直流电机

开放分类：机械能源科学

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• 1 直流电机
• 2 正文
• 3 工作原理
• 4 基本工作原理

直流电机 - 直流电机

直流电机 - 正文

 

   直流电机（D.C.machine）是实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
   直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运行可靠性有很大影响。
   当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源，经电刷换军用直升机向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。

旋转磁场直流电动机问世－－直流传动将焕发青春的活力－－变频调速技术很快彻底淘汰
我用18年找到了直流电动机转矩性能于调速性能优良的原因是逐线圈换向——为证明真实性我首先公布理论－－逐线圈换向的是直流电动机，逐相换向的是交流电动机。

在逐线圈换向的前提下，实现旋转磁场在旋转之中，每一个磁极对应定子导体的电流始终向一个方向流动。《用电流跟踪器取代换向器和电刷》定子的导体电流方向始终跟踪转子的磁极，就能实现零转速到额定转速恒转矩变压调速，而且没有转矩波动，可彻底淘汰变频调速器，变压调速的斩波器将风行天下。

直流电动机的定子磁场和转子磁场始终垂直90度，通电导体始终处在磁场的最大受力位置，所以能产生强大而又平稳的转矩，这种优点是异步电动机难以望其项背。旋转磁场直流电动机没有换向器和电刷，使用寿命和异步电动机一样长。转子的强度和异步电动机一样高，功率密度不再受到转速低的限制，在相等质量下功率可以远远超过异步电动机。

旋转磁场直流电动机 在硬特性领域，使用永磁有利于提高控制精度 用电效率和安全，如数控机床 大型轧钢机 矿井提升机 港口塔吊 因为它有切断电源自动刹车功能，特别适应矿山提升机安全生产。在 电动自行车 电力机车 电动汽车 可以使用 串励无刷 因为它具有汽车变速箱的输出特性，会使交通工具的行驶性能更加完美。

在同步电动机上安装同步换向器不能叫无刷直流电动机，是科学界的指鹿为马，因为它是逐相换向－－是交流电动机，它永远找不到直流电动机的转矩性能和调速性能。

旋转磁场直流电动机，具有异步电动机的耐久性能和旋转电枢直流电动机的转矩性能于调速性能，是性能最完美的电动机，直流变压调速不会产生谐波污染电网，调速成本非常的低。它可以把有限的原材料制造成更有市场价值的商品，可成为企业会下金蛋的鹅，在整个工业领域将引发一场电动机革命，旋转磁场直流电动机以当今IEGT的功率容量4500v5500A，单机功率做到50000KW是轻而易举。从事电机研究的工作人员来南召县云阳镇看一看我的科技成果，就知道这一切都是真的。
此项技术如果让西门子 东芝 等大公司购买，中国的电机制造企业就会遭受毁灭性的打击，成千上万的工人会失去生活来源。这是因为我国大功率IGBT制造几乎是空白，而西门子 东芝 英飞凌－－-具有先天优势。 13503873417 李佳君

变频调速器淘汰有如下原因

1价格昂贵 变频器比电机还贵 多数企业难以承受

2产生谐波严重污染电网 破坏电网功率因数 使电气设备误动作 大幅度增加供电消耗

3低速转矩太弱 需要重负荷启动设备不能应用

4低速转矩波动严重 高精度控制领域不能应用

5高达2000-20000赫兹的载波频率 产生严重的电磁辐射危害人体 干扰电子设备正常工作

6载波频率导致涡流消耗和磁滞消耗增加 线圈的趋肤效应猛增导致电机发热严重 致使电机的工作效率底下

7功率模块经常烧坏 需要增加巨大的维护成本 一些企业哭笑不是

8轴流引起电机轴承加速损坏 使用变频器的异步电动机需要经常更换轴承

9变压调速的旋转磁场直流电动机问世 变频调速器已是穷途末路
变频调速器能红极一时，是因为旋转电枢直流电动机的寿命太短。事实是直流电动机的调速成本最低 精度最高 设备最简单。只要直流电动机能长寿，变频调速器就是废铜烂铁。

旋转电枢直流电动机在运转的时候，定子磁场和电枢磁场是静止垂直90度，旋转的是电枢，电枢的磁场并不旋转。换向器的作用就是保证电枢的磁场和定子的磁场始终保持静止90而换向。

旋转磁场直流电动机在运转的时候，定子的磁场和转子的磁场，是在旋转之中垂直90度。用逐线圈换向技术制造电流跟踪器，取代换向器和电刷，因此旋转磁场直流电动机变的和异步电动机一样长寿。

旋转磁场直流电动机的转子做成永磁的时候，它的强度和异步电动机的转子一样高，造价非常低。像异步电动机一样，脆弱线圈不动，坚固而又简单转子在高速旋转。

旋转磁场直流电动机的定子线圈，能产生稳定的反电势阻止谐波的生成，无论IGBT的关断速度多么快，也不会产生自感电压击穿IGBT和绝缘。小功率电机在6000转的时候IGBT的工作频率是200赫兹，大功率电机3000转的时候工作频率是100赫兹。不像变频调速器载波频率高达2000到4000赫兹，产生严重的电磁辐射，危害人体干扰电子设备，产生谐波污染电网。
变压调速的旋转磁场直流电动机问世，变频调速器已是穷途末路，科技在推陈出新。
为实现直流电动机长寿的梦想，我付出了18年的努力。 

旋转电枢直流电动机在运转的时候，定子磁场和电枢磁场是静止垂直90度，旋转的是电枢，电枢的磁场并不旋转。换向器的作用就是保证电枢的磁场和定子的磁场始终保持静止90度而换向。

旋转磁场直流电动机在运转的时候，定子的磁场和转子的磁场，是在旋转之中垂直90度。用逐线圈换向技术制造电流跟踪器，取代换向器和电刷，因此旋转磁场直流电动机变的和异步电动机一样长寿。

旋转磁场直流电动机的转子做成无刷励磁或永磁的时候，它的强度和异步电动机的转子一样高，造价非常低。像异步电动机一样，脆弱线圈不动，坚固而又简单转子在高速旋转。

旋转磁场直流电动机的定子线圈，能产生稳定的反电势阻止谐波的生成，无论IGBT的关断速度多么快，也不会产生自感电压击穿IGBT和绝缘。小功率电机在6000转的时候IGBT的工作频率是200赫兹，大功率电机3000转的时候工作频率是100赫兹。不像变频调速器载波频率高达2000到20000赫兹，产生严重的电磁辐射，危害人体干扰电子设备，产生谐波污染电网。
变压调速的旋转磁场直流电动机问世，变频调速器已是穷途末路，科技在推陈出新。
为实现直流电动机长寿的梦想，我付出了18年的努力。

直流电机 - 工作原理

直流电机的基本工作原理 

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）。 

直流电机 - 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。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，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。 

如果直流电机的转子不用原动机拖动，而把它的电刷A、B接在电压为U的直流电源上那么会发生什么样的情况呢？电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。前面已经说过，载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此，ab和cd两导体都要受到电磁力Fde的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，ab边受力的方向是向左，而cd边则是向右。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以，ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半州之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S极范围内，cd边转到N极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此，电磁力Fdc的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其它工作机械。 

从以上的分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变。换向器和电刷就是完成这个任务的装置。在直流发电机中，换向器和电刷的任务是把线圈中的交流电变为直流电向外输出；而在直流电动机中，则用换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。 

当然，在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。 
比较直流发电机和直流电动机的工作原理可以看出，它们的输入和输出的能量形式不同的。正如前面已经说过，直流发电机由原动机拖动，输入的是机械能，输出的是电能；直流电动机则是由直流电源供电，输入的是电能，输出的是机械能