直流电机的工作原理

直流电机是至关重要的工业今天，是同样重要的工程师研究直流电机的工作原理详细内容我们在本文中已经讨论过。了解直流电机的工作原理我们首先需要研究它的单环结构特征。

非常基本的一个直流电机的构造包含一个载流电枢，通过换向器段和电刷连接到电源端。如图所示，电枢置于永磁体或电磁铁的北极和南极之间。

当我们在电枢中提供直流电时，由于磁铁对电枢导体的电磁效应，一个机械力作用在电枢上。现在来详细介绍一下直流电机的工作原理重要的是我们要有一个清晰的认识弗莱明左手定则确定作用在直流电机电枢导体上的力的方向。

如果将载流导体置于磁场垂直的时候，导体受到一个力的方向相互垂直于电场的方向和载流导体．弗莱明左手规则可以确定电机的旋转方向。这条规则说,如果我们把食指,中指和拇指的左手互相垂直,中指在导体中电流的方向,和食指沿着磁场的方向,也就是说,北到南极,然后大拇指表示创建机械力的方向。

为了更清楚地理解直流电动机原理我们必须考虑下面的图表，来确定力的大小。

我们知道，当一个无限小的电荷dq在an的影响下以v的速度流动电场E和磁场B，那么电荷所受的洛伦兹力dF由-给出

为直流电动机运行，考虑E = 0。

也就是dqv和磁场B。

式中，dL为导体携带电荷q的长度。

从1^圣从图中我们可以看出，直流电动机的结构是这样的:通过电枢导体的电流的方向在任何情况下都垂直于磁场。因此，力作用于电枢导体的方向垂直于两个均匀场，电流是恒定的。

如果我们取当前的电枢导体左边的电流为I，电枢导体右边的电流为-I，因为它们彼此的流动方向相反。
左边电枢导体上的力，

类似地，右边导体上的力，

因此，我们可以看到，在那个位置，两边的力大小相等，但方向相反。由于两个导体被一些距离w =电枢转弯的宽度分开，两个相反的力量产生一个旋转力或扭矩，导致电枢导体的旋转。
现在让我们检查当电枢转产生一个角α (alpha)与它的初始位置时的转矩表达式。
产生的扭矩是，

这里α()是电枢转弯平面和参考平面之间的夹角，或者是电枢的初始位置，在这个方向上磁场．
力矩方程中cosα项的存在很好地表明，不同的力，所有位置上的力矩是不相同的。实际上，它随角α()的变化而变化。为了解释转矩的变化和电机转动背后的原理，让我们做一个逐步分析。

步骤1:
最初考虑的电枢是在其起点或参考位置的角度α = 0。

由于，α = 0，项cos α = 1，或最大值，因此该位置的扭矩由τ = BILw给出最大。这种高启动转矩有助于克服剩余电枢的初始惯性，并将其设置为旋转。

步骤2:
一旦电枢开始运动，电枢的实际位置与其初始参考位置之间的角度α在其旋转路径中继续增加，直到变成90^o从它的初始位置。因此，cosα项减小，转矩值也减小。
这种情况下的力矩由τ = BILwcosα给出，当α大于0时，该系数小于BILw^o．

步骤3:
在电枢的旋转路径中，一个点是到达的实际位置的转子是完全垂直于其初始位置，即α = 90^o，结果是cosα = 0。
在这个位置作用在导体上的扭矩是:


也就是说，在这种情况下几乎没有旋转力矩作用于电枢。但电枢仍然不停止，这是因为事实，这是直流电动机运行已经被设计成这样，在这一点的运动惯量刚好可以克服这一点的零力矩。一旦转子越过这个位置，电枢的实际位置和初始平面之间的角度再次减少，扭力开始再次作用于它。

直流电机工作原理