直流并励电机电路图 直流并励电机的工作原理和结构

一、引言

直流并励电机，作为一种重要的直流电动机类型，在工业生产和日常生活中都有着广泛的应用。其独特的结构和工作原理使得它在电机领域占有重要的地位。本文将对直流并励电机进行详细的解析，包括其定义、工作原理、结构以及特点等方面，以便读者更好地理解和应用这一电机类型。

二、直流并励电机的定义

直流并励电机，也称为并励直流电动机，是一种特殊的直流电动机。在直流并励电机中，励磁绕组与电枢绕组并联连接，因此得名“并励”。这种电机在结构上相对简单，易于控制，且具有较高的可靠性。

三、直流并励电机的工作原理

直流并励电机的工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。当直流电源为电机的电枢绕组和励磁绕组供电时，电枢绕组中的电流会产生一个旋转磁场，而励磁绕组中的电流则会产生一个恒定的磁场。这两个磁场相互作用，产生电磁转矩，从而驱动电机转子旋转。

具体来说，直流并励电机的工作原理可以分为以下几个步骤：

电流输入：直流电源为电枢绕组和励磁绕组提供电流。在电枢绕组中，电流通过换向器（或称为碳刷）的换向作用，产生旋转磁场。而在励磁绕组中，电流则产生一个恒定的磁场。

磁场作用：电枢绕组产生的旋转磁场与励磁绕组产生的恒定磁场相互作用，产生电磁转矩。这个转矩的大小与两个磁场的大小、方向以及它们之间的夹角有关。

转子旋转：在电磁转矩的作用下，电机转子开始旋转。转子的旋转速度（即电机的转速）与电枢绕组中的电流大小、磁场强度以及电机的结构参数等因素有关。

反馈调节：在电机运行过程中，由于负载的变化或电源电压的波动等因素，可能会导致电机的转速发生变化。此时，电机内部的反电动势（也称为感应电动势）会发生变化，进而改变电枢绕组中的电流大小。这种反馈调节机制使得电机能够自动调整转速以保持稳定运行。

四、直流并励电机的结构

直流并励电机（也称为并联绕线直流电机）是一种自励直流电机，其中励磁绕组并联或并联到电机的电枢绕组。由于它们并联连接，因此电枢和励磁绕组承受相同的电源电压。

直流并励电机的结构与其他类型的直流电机非常相似，如下图所示。

只是其设计中有一个显着特征，可以通过考虑电机产生的扭矩来解释。为了产生高扭矩：

1、电枢绕组必须承受比励磁绕组电流高得多的电流，因为扭矩与电枢电流成正比。

2、励磁绕组必须缠绕很多匝以增加磁链，因为励磁绕组和电枢绕组之间的磁链也与扭矩成正比。

牢记上述两个标准，直流并联电机的设计方式是，与励磁绕组相比，励磁绕组具有更高的匝数以增加净磁链，并且导体直径更小以增加电阻（减少电流）到直流电机的电枢绕组。这就是并联直流电机在静态条件下与自励式电机类别的直流串联电机（具有较厚的励磁线圈）的明显区别。

电枢绕组必须承受比励磁绕组电流高得多的电流，因为扭矩与电枢电流成正比。

励磁绕组必须缠绕很多匝以增加磁链，因为励磁绕组和电枢绕组之间的磁链也与扭矩成正比。
牢记上述两个标准，直流并联电机的设计方式是，与励磁绕组相比，励磁绕组具有更高的匝数以增加净磁链，并且导体直径更小以增加电阻（减少电流）到直流电机的电枢绕组。这就是并联直流电机在静态条件下与自励式电机类别的直流串联电机（具有较厚的励磁线圈）的明显区别。

五、直流并励电机的特点

直流并励电机具有以下几个显著的特点：

结构简单：直流并励电机的结构相对简单，主要由定子、转子、电枢绕组、励磁绕组等部分组成。这种简单的结构使得电机易于制造和维护。

易于控制：由于直流并励电机的励磁绕组与电枢绕组并联连接，因此可以通过调节励磁电流的大小来改变电机的磁场强度。这种灵活性使得电机能够方便地实现调速和转矩控制。

可靠性高：直流并励电机具有较高的可靠性，能够在恶劣的环境下稳定运行。其简单的结构和易于控制的特性使得电机在故障发生时易于诊断和修复。

调速范围广：直流并励电机具有较宽的调速范围，可以通过调节励磁电流的大小来实现平滑的调速。这种特性使得电机能够适应各种负载和工况的需求。

效率高：直流并励电机的效率较高，能够将电能有效地转换为机械能。同时，由于电机内部的反馈调节机制，使得电机在运行时能够保持较高的效率。

六、直流并励电机电路图

直流并励电机电路图如下所示，从电源提供给电机的电流和电压可由 Itotal & E 给出。

直流并励电机电路图

对于直流并励电机，该电流供应将分为两种方式，如 Ia 和 Ish，其中“Ia”将通过“Ra”电阻电枢绕组供电。同样，“Ish”将通过“Rsh”电阻励磁绕组供电。

因此，我们可以将其写为 Itotal = Ia + Ish

我们知道Ish = E/ Rsh

否则Ia = Itotal- Ish= E/Ra

一般情况下，当直流电动机处于运行状态且供电电压稳定时，并联励磁电流为

Ish = E/Rsh

但我们知道电枢电流与励磁磁通成正比(Ish ∝ Φ)。因此，由于这个原因，Φ保持更稳定，否则不太稳定；并励直流电机可称为恒磁通电机。