直流并勵電機(jī)電路圖 直流并勵電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)

一、引言

直流并勵電機(jī)，作為一種重要的直流電動機(jī)類型，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都有著廣泛的應(yīng)用。其獨特的結(jié)構(gòu)和工作原理使得它在電機(jī)領(lǐng)域占有重要的地位。本文將對直流并勵電機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的解析，包括其定義、工作原理、結(jié)構(gòu)以及特點等方面，以便讀者更好地理解和應(yīng)用這一電機(jī)類型。

二、直流并勵電機(jī)的定義

直流并勵電機(jī)，也稱為并勵直流電動機(jī)，是一種特殊的直流電動機(jī)。在直流并勵電機(jī)中，勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，因此得名“并勵”。這種電機(jī)在結(jié)構(gòu)上相對簡單，易于控制，且具有較高的可靠性。

三、直流并勵電機(jī)的工作原理

直流并勵電機(jī)的工作原理基于電磁感應(yīng)定律和洛倫茲力定律。當(dāng)直流電源為電機(jī)的電樞繞組和勵磁繞組供電時，電樞繞組中的電流會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，而勵磁繞組中的電流則會產(chǎn)生一個恒定的磁場。這兩個磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

具體來說，直流并勵電機(jī)的工作原理可以分為以下幾個步驟：

電流輸入：直流電源為電樞繞組和勵磁繞組提供電流。在電樞繞組中，電流通過換向器（或稱為碳刷）的換向作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。而在勵磁繞組中，電流則產(chǎn)生一個恒定的磁場。

磁場作用：電樞繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與勵磁繞組產(chǎn)生的恒定磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。這個轉(zhuǎn)矩的大小與兩個磁場的大小、方向以及它們之間的夾角有關(guān)。

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)：在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度（即電機(jī)的轉(zhuǎn)速）與電樞繞組中的電流大小、磁場強(qiáng)度以及電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素有關(guān)。

反饋調(diào)節(jié)：在電機(jī)運行過程中，由于負(fù)載的變化或電源電壓的波動等因素，可能會導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。此時，電機(jī)內(nèi)部的反電動勢（也稱為感應(yīng)電動勢）會發(fā)生變化，進(jìn)而改變電樞繞組中的電流大小。這種反饋調(diào)節(jié)機(jī)制使得電機(jī)能夠自動調(diào)整轉(zhuǎn)速以保持穩(wěn)定運行。

四、直流并勵電機(jī)的結(jié)構(gòu)

直流并勵電機(jī)（也稱為并聯(lián)繞線直流電機(jī)）是一種自勵直流電機(jī)，其中勵磁繞組并聯(lián)或并聯(lián)到電機(jī)的電樞繞組。由于它們并聯(lián)連接，因此電樞和勵磁繞組承受相同的電源電壓。

直流并勵電機(jī)的結(jié)構(gòu)與其他類型的直流電機(jī)非常相似，如下圖所示。

只是其設(shè)計中有一個顯著特征，可以通過考慮電機(jī)產(chǎn)生的扭矩來解釋。為了產(chǎn)生高扭矩：

1、電樞繞組必須承受比勵磁繞組電流高得多的電流，因為扭矩與電樞電流成正比。

2、勵磁繞組必須纏繞很多匝以增加磁鏈，因為勵磁繞組和電樞繞組之間的磁鏈也與扭矩成正比。

牢記上述兩個標(biāo)準(zhǔn)，直流并聯(lián)電機(jī)的設(shè)計方式是，與勵磁繞組相比，勵磁繞組具有更高的匝數(shù)以增加凈磁鏈，并且導(dǎo)體直徑更小以增加電阻（減少電流）到直流電機(jī)的電樞繞組。這就是并聯(lián)直流電機(jī)在靜態(tài)條件下與自勵式電機(jī)類別的直流串聯(lián)電機(jī)（具有較厚的勵磁線圈）的明顯區(qū)別。

電樞繞組必須承受比勵磁繞組電流高得多的電流，因為扭矩與電樞電流成正比。

勵磁繞組必須纏繞很多匝以增加磁鏈，因為勵磁繞組和電樞繞組之間的磁鏈也與扭矩成正比。
牢記上述兩個標(biāo)準(zhǔn)，直流并聯(lián)電機(jī)的設(shè)計方式是，與勵磁繞組相比，勵磁繞組具有更高的匝數(shù)以增加凈磁鏈，并且導(dǎo)體直徑更小以增加電阻（減少電流）到直流電機(jī)的電樞繞組。這就是并聯(lián)直流電機(jī)在靜態(tài)條件下與自勵式電機(jī)類別的直流串聯(lián)電機(jī)（具有較厚的勵磁線圈）的明顯區(qū)別。

五、直流并勵電機(jī)的特點

直流并勵電機(jī)具有以下幾個顯著的特點：

結(jié)構(gòu)簡單：直流并勵電機(jī)的結(jié)構(gòu)相對簡單，主要由定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、勵磁繞組等部分組成。這種簡單的結(jié)構(gòu)使得電機(jī)易于制造和維護(hù)。

易于控制：由于直流并勵電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)連接，因此可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小來改變電機(jī)的磁場強(qiáng)度。這種靈活性使得電機(jī)能夠方便地實現(xiàn)調(diào)速和轉(zhuǎn)矩控制。

可靠性高：直流并勵電機(jī)具有較高的可靠性，能夠在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定運行。其簡單的結(jié)構(gòu)和易于控制的特性使得電機(jī)在故障發(fā)生時易于診斷和修復(fù)。

調(diào)速范圍廣：直流并勵電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍，可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小來實現(xiàn)平滑的調(diào)速。這種特性使得電機(jī)能夠適應(yīng)各種負(fù)載和工況的需求。

效率高：直流并勵電機(jī)的效率較高，能夠?qū)㈦娔苡行У剞D(zhuǎn)換為機(jī)械能。同時，由于電機(jī)內(nèi)部的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，使得電機(jī)在運行時能夠保持較高的效率。

六、直流并勵電機(jī)電路圖

直流并勵電機(jī)電路圖如下所示，從電源提供給電機(jī)的電流和電壓可由 Itotal & E 給出。

直流并勵電機(jī)電路圖

對于直流并勵電機(jī)，該電流供應(yīng)將分為兩種方式，如 Ia 和 Ish，其中“Ia”將通過“Ra”電阻電樞繞組供電。同樣，“Ish”將通過“Rsh”電阻勵磁繞組供電。

因此，我們可以將其寫為 Itotal = Ia + Ish

我們知道Ish = E/ Rsh

否則Ia = Itotal- Ish= E/Ra

一般情況下，當(dāng)直流電動機(jī)處于運行狀態(tài)且供電電壓穩(wěn)定時，并聯(lián)勵磁電流為

Ish = E/Rsh

但我們知道電樞電流與勵磁磁通成正比(Ish ∝ Φ)。因此，由于這個原因，Φ保持更穩(wěn)定，否則不太穩(wěn)定；并勵直流電機(jī)可稱為恒磁通電機(jī)。