電機製造業:並聯直流電機的結構和工作原理

2020-12-05 老趙說製造

在串聯直流電動機中,電樞繞組和勵磁繞組串聯,通過它們的電流相等,由於直流並聯電動機的電樞繞組和勵磁繞組並聯。並聯電動機中的電流被分成兩部分:通過電樞的電流和通過勵磁繞組的電流,總電流是這兩部分的總和。直流並聯電動機的結構與直流電動機相同,它包含所有基本部件,包括定子(磁場繞組)、轉子(也稱為電樞)和換向器。

定子/並聯繞組

輸入電源提供給電動機的固定元件,即並聯繞組,並勵繞組由線圈上的幾匝繞組組成,由於匝數由較細的線組成,並聯繞組的尺寸相當小。與串聯電動機繞組中線徑不同,該電機中的並聯繞組不能承載非常大的電流。

轉子/電樞

電樞,通常稱為「轉子」,處理軸負載,它有一個較粗的線徑,可以支持更高的電流。在電機起動或低速運轉時,高電流通過電樞。隨著電機轉速的增加,電樞產生反電磁力,反作用於電樞中的電流。

換向器

換向器和電刷等裝置提供從靜態磁場繞組到轉子的電流,電機中的轉矩是由繞組和電樞的磁場相互作用產生的。

工作原理

當電壓提供給並聯直流電動機時,由於並聯繞組的高電阻,它會產生很低的電流,並聯繞組的高匝數有助於產生強磁場。電樞吸取大電流,從而產生高磁場。當電樞和並聯繞組的磁場相互作用時,電機開始旋轉。隨著磁場的增強,旋轉力矩增大,從而導致電機轉速的提高。

並聯直流電動機有一個控制速度的反饋機制,當電樞在磁場中旋轉時,會產生電流。這個電動勢產生的方向相反,從而限制電樞電流。因此,通過電樞的電流減少,電機的速度也可以自我調節。並聯繞組由於其細線結構,不能像串聯電動機那樣承受起動時的大電流,因此並聯電動機用於處理最初只需要低轉矩的小軸負載。

電機轉速

在串聯電動機中,轉速完全取決於軸負載,在串聯電動機中,負載與電樞轉速成反比。如果負載高,電樞將以低速旋轉。如果負載較低,電樞轉速將增加。電樞的速度是無窮大的,或在空載時不受控制。

與串聯電動機不同,並聯電動機的轉速與軸負載無關,隨著電機負載的增加,電機的速度會瞬間減慢。減慢速度會降低反電動勢,從而增加電樞支路中的電流,這會導致馬達轉速增加。另一方面,如果負載降低,則電機轉速會瞬間上升,這反過來又會增加反電動勢,從而減少流向電機的電流。漸漸地,馬達會減速。因此,直流並聯電動機能夠保持恆定速度,而不受負載變化的影響。由於這一特點,該電機用於汽車和工業用途,需要精確的電機轉速。

電機速度控制

可以通過兩種方式控制直流並聯電動機的速度:

通過改變供給轉子的電流

通過改變提供給定子的電流

由於轉子和定子周圍的電壓相同,電機的速度可以通過控制通過定子或轉子的電流來控制,改變其電阻一般使用可控矽來控制。並聯繞組和電樞支路的電阻可以通過串聯變阻器來增加或減小,由於電樞處理的電流遠高於磁場繞組,因此電樞支路中控制電流的變阻器相當大,這就是在磁場繞組中首選電流控制變阻器的原因。

並勵磁場電流可以使電動機的轉速改變10-20%,隨著通過並聯繞組的電流的增加,轉子的轉速增加,從而產生更高的反電勢,以保持電樞電流的等效減小。相反,通過減小通過並聯繞組的電流,可以降低電機的轉速。

當並聯直流電動機在低於額定電壓的電壓下運行時,其轉速也會降低,但這會使並聯直流電動機效率低下,並有過載和過熱的趨勢。一般來說,電動機具有以轉速和額定電壓為單位的額定轉速。當並聯直流電動機低於其全電壓時,其轉矩減小,因此,建議不要在低於規定額定電壓的情況下操作電機。

結論

由於直流並聯電動機具有自動調速能力,因此非常適合需要精確調速的應用場合,它們不能產生高起動轉矩,因此起動時的負載必須很小。符合這些標準且適用於直流並聯電動機的應用包括工具機(如車床和磨床)和工業設備(如風扇和壓縮機)、離心泵、升降機、織機、車床、鼓風機、風機、輸送機、紡紗機等。

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