直流电机电压、电流纹波因数及电流波形因数的计算

　　直流电机是依靠直流工作电压运行的电机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。直流电机的基本原理基于电磁感应，与异步电机一样也是由定子和转子两部分构成。

　　一、直流电机的基本构造

　　直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。

　　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。

　　直流电机的基本构成图

　　二、直流电机的工作原理

　　如图，直流电从电刷B经半圆形换向片流入线圈(电枢绕组)c-d-b-a，根据左手定则，线圈cd段及ab段的受力情况如图中F所示，产生顺时针力矩T，线圈以n的转速顺时针转动，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后按顺时针方向持续旋转。

　　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，电刷A始终是正电位，电刷B始终是负电位。当线圈的ab段在N极时，线圈的电流方向是c-d-b-a，当ab段在S极时，线圈的电流方向是a-b-d-c，即线圈abcd中的电流方向不断交变。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。

　　三、直流电机分类

　　直流电机由定子磁极、转子(电枢)、换向器、电刷、机壳、轴承等构成，电磁式直流电机的定子磁极(主磁极)由铁心和励磁绕组构成。根据其励磁(旧标准称为激磁)方式的不同又可分为串励直流电机、并励直流电机、他励直流电机和复励直流电机。因励磁方式不同，定子磁极磁通(由定子磁极的励磁线圈通电后产生)的规律也不同。

　　串励直流电机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联，励磁电流与电枢电流成正比，定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大，转矩近似与电枢电流的平方成正比，转速随转矩或电流的增加而迅速下降。其起动转矩可达额定转矩的5倍以上，短时间过载转矩可达额定转矩的4倍以上，转速变化率较大，空载转速甚高(一般不允许其在空载下运行)。可通过用外用电阻器与串励绕组串联(或并联)、或将串励绕组并联换接来实现调速。

　　并励直流电机的励磁绕组与转子绕组相并联，其励磁电流较恒定，起动转矩与电枢电流成正比，起动电流约为额定电流的2.5倍左右。转速则随电流及转矩的增大而略有下降，短时过载转矩为额定转矩的1.5倍。转速变化率较小，为5%~15%。可通过消弱磁场的恒功率来调速。

　　他励直流电机的励磁绕组接到独立的励磁电源供电，其励磁电流也较恒定，起动转矩与电枢电流成正比。转速变化也为5%~15%。可以通过消弱磁场恒功率来提高转速或通过降低转子绕组的电压来使转速降低。

　　复励直流电机的定子磁极上除有并励绕组外，还装有与转子绕组串联的串励绕组(其匝数较少)。串联绕组产生磁通的方向与主绕组的磁通方向相同，起动转矩约为额定转矩的4倍左右，短时间过载转矩为额定转矩的3.5倍左右。转速变化率为25%~30%(与串联绕组有关)。转速可通过消弱磁场强度来调整。

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