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直流勵磁的磁路在電工設備中的運用,除了直流電磁鐵(直流繼電器、直流觸摸器等)外,重要的便是運用在直流旋轉電機中。在發電廠里,同步發電機的勵磁機、蓄電池的充電機等,都是直流發電機;鍋爐給粉機的原動機是直流電動機。此外,在許多工業部門,例如大的軋鋼設備、大的精細機床、礦井卷揚機、市內電車、電纜設備要求嚴峻線速度共同的當地等,一般都選用直流電動機作為原動機來拖動作業機械的。直流發電機一般是作為直流電源,向負載輸出電能;直流電動機則是作為原動機帶動多種出產機械作業,向負載輸出機械能。在控制系統中,直流電機還有其它的用途,例如測速電機、伺服電機等。雖然直流發電機和直流電動機的用途各不同,可是它們的結構基本上相同,都是運用電和磁的互相效果來完結機械能與電能的互相轉化。 直流電機的大缺點便是有電流的換向問題,消耗有色金屬較多,本錢高,工作中的保護檢修也比較費事。因而,電機制造業中正在竭力改善溝通電動機的調速功用,并且許多替代直流電動機。不過,近年來在運用可控硅整流設備替代直流發電機方面,已經取得了很大發展。包括直流電機在內的悉數旋轉電機,實際上都是根據我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是:導線切開磁通產生感應電動勢;另一條是:載流導體在磁場中遭到電磁力的效果。因而,從結構上來看,每個電機都包括磁場部分和電路部分。從上述原理可見,每個電機都體現著電和磁的互相效果,是電、磁這兩個敵對著的敵對面的共同。我們在這一章里評論直流電機的結構和作業原理,便是評論直流電機中的“磁”和“電”怎樣互相效果,互相約束,以及體現兩者之間互相關系的物理量和現象(電樞電動勢、電磁轉矩、電磁功率、電樞反響等)。
一、 直流發電機的基本作業原理 直流發電機和直流電動機具有相同的結構,就只是直流發電機是由原動機(一般是溝通電動機)拖動旋轉而發電??梢?,它是把機械能變為電能的設備。直流電動機則接在直流電源上,拖動多種作業機械(機床、泵、電車、電纜設備等)作業,它是把電能變為機械能的設備??墒?,其時已經有可控硅整流設備替代了直流發電機,為了能使我們很好的了解直流電動機,要一同敘說一下直流發電機的原理。我們先來調查直流發電機是怎樣作業的。
電刷A、B別離與兩個半園環觸摸,這時A、B兩電刷之間輸出的是直流電。我們再來看看這時線圈在磁極之間運動的狀況。能夠看出,當線圈的ab邊在N極范圍內按逆時針方向運動時,運用發電機右手定則,這時所產生的電動勢是從b指向a。這時線圈的cd邊則是在S極范圍內按逆時針方向運動,根據發電機右手定則能夠判別,cd邊中的感應電動勢方向是從d指向c。從整個線圈來看,感應電動勢的方向是d-c-b-a。因而,和線圈a端聯接的銅片1和電刷A是處于正電位;而和線圈的d端聯接的銅片2和電刷B是處于負電位。假設接通外電路,那么電流就從電刷A經負載流入電刷B,與線圈一同構成閉合的電流通路。當線圈的ab邊轉到S極范圍內時,cd邊就轉到N極范圍內,用右手定則判別能夠知道,這時線圈cd邊中產生的電動勢方向是從c到d,而ab邊轉到了S極范圍內,其間電動勢的方向則是有a到b。由于電刷在空間是不動的,因而和線圈d端聯接的銅片2和電刷A觸摸,它的電位仍然是正。而與線圈a端聯接的銅片1則和電刷B觸摸,它的電位仍然是負。接通外電路時,電流仍然是從電刷A經負載流入電刷B,與線圈一同構成閉合的電流通路。不過,要注意到這時線圈內的電流已經反向了。
由此可知,當線圈不斷地旋轉時,雖然與兩個電刷觸摸的線圈邊不斷的改變,可是,電刷A一直是正電位,電刷B一直是負電位。因而,有兩電刷引出的是具有恒定方向的電動勢,負載上得到的是恒定方向的電壓和電流。也便是說,雖然線圈abcd中感應電動勢的方向不交變,可是電刷A總是和處在N極范圍內的線圈邊觸摸,電刷B總是和處在S極范圍內的線圈邊相觸摸,它們的極性也不變。所以,線圈中的溝通電通過銅片和電刷整流后,便成為外電路中的直流電了。這兩個半圓形的銅片就叫做換向片,它們合在一同叫做換向器。