直流電機的主要分類以及直流電機的勵磁方式

　　直流電機：定義輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。

　　直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

　　直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。

　　感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向。）

　　導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。

　　當電樞轉了180°后，導體 cd轉到 N極下，導體ab轉到S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A流入，經導體cd 、ab 后，從電刷B流出。這時導體cd 受力方向變為從右向左，導體ab 受力方向是從左向右，產生的電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。

　　因此，電樞一經轉動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體 ab和cd 流入，使線圈邊只要處于N 極下，其中通過電流的方向總是由電刷A 流入的方向，而在S 極下時，總是從電刷 B流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉矩，使電動機能連續地旋轉。這就是直流電動機的工作原理。

　　直流電機的分類

　　直流發電機

　　直流發電機是把機械能轉化為直流電能的機器。它主要作為直流電動機、電解、電鍍、電冶煉、充電及交流發電機的勵磁電源等所需的直流電機。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電轉換成直流電，但從某些工作性能方面來看，交流整流電源還不能完全取代直流發電機。

　　直流電動機

　　將直流電能轉換為機械能的轉動裝置。電動機定子提供磁場，直流電源向轉子的繞組提供電流，換向器使轉子電流與磁場產生的轉矩保持方向不變。根據是否是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電動機分為兩類，包括有刷直流電動機和無刷直流電動機。

　　1、無刷直流電動機：

　　無刷直流電動機是將普通直流電動機的定子與轉子進行了互換。其轉子為永久磁鐵產生氣隙磁通：定子為電樞，由多相繞組組成。在結構上，它與永磁同步電動機類似。無刷直流電動機定子的結構與普通的同步電動機或感應電動機相同．在鐵芯中嵌入多相繞組（三相、四相、五相不等）．繞組可接成星形或三角形，并分別與逆變器的各功率管相連，以便進行合理換相。轉子多采用釤鈷或釹鐵硼等高矯頑力、高剩磁密度的稀土料，由于磁極中磁性材料所放位置的不同．可以分為表面式磁極、嵌入式磁極和環形磁極。由于電動機本體為永磁電機，所以習慣上把無刷直流電動機也叫做永磁無刷直流電動機

　　無刷直流電機是近幾年來隨著微處理器技術的發展和高開關頻率、低功耗新型電力電子器件的應用，以及控制方法的優化和低成本、高磁能級的永磁材料的出現而發展起來的一種新型直流電動機。

　　無刷直流電機既保持了傳統直流電機良好的調速性能又具有無滑動接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優點，因而在航空航天、數控機床、機器人、電動汽車、計算機外圍設備和家用電器等方面都獲得了廣泛應用。

　　按照供電方式的不同，無刷直流電機又可以分為兩類：方波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形都是矩形波，又稱為矩形波永磁同步電動機；正弦波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形均為正弦波。

　　2、有刷直流電動機

　?。?）永磁直流電動機

　　永磁直流電動機劃分：稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

　?、?稀土永磁直流電動機：體積小且性能更好，但價格昂貴，主要用于航天、計算機、井下儀器等。

　?、?鐵氧體永磁直流電動機：由鐵氧體材料制成的磁極體，廉價，且性能良好，廣泛用于家用電器、汽車、玩具、電動工具等領域。

　?、?鋁鎳鈷永磁直流電動機：需要消耗大量的貴重金屬、價格較高，但對高溫的適應性好，用于環境溫度較高或對電動機的溫度穩定性要求較高的場合。

　?。?）電磁直流電動機。

　　電磁直流電動機劃分：串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。

　?、?串勵直流電動機：電流串聯，分流，勵磁繞組是和電樞串聯的，所以這種電動機內磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵電動機通常用較粗的導線繞成，他的匝數較少。

　?、?并勵直流電動機：并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯，作為并勵發電機來說，是電機本身發出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。

　?、?他勵直流電動機：勵磁繞組與電樞沒有電的聯系，勵磁電路是由另外直流電源供給的。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。

　?、?復勵直流電動機：復勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，若串勵繞組產生的磁通勢與并勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。

　　直流電機的勵磁方式

　　直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。

　　1．他勵直流電機：勵磁繞組與電樞繞組無聯接關系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動機，若為發電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。

　　2．并勵直流電機：并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯，接線如圖（b）所示。作為并勵發電機來說，是電機本身發出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。

　　3．串勵直流電機：串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯后，再接于直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。

　　4．復勵直流電機：復勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖（d）所示。若串勵繞組產生的磁通勢與并勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。 不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復勵式，直流發電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復勵式。