伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性
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一、电机(一)选择题1.变压器若带感性负载,从轻载到满载,其输出电压将会(B)A、升高;B、降低;C、不变。
2.变压器从空载到满载,铁心中的工作主磁通将(C)A、增大;B、减小;C、基本不变。
3.在过滤变压器油时,应先检查好滤油机并(B )。
滤游现场严禁烟火。
(A)接好电源(B)接好地线(C)做好绝缘防护D、断电操作4.在检修或更换主电路电流表时将电流互感器二次回路(B)拆下电流表。
(A)断开(B)短路(C)不用处理(D)切掉熔断器5.牵引机械(如电车、机械车、电瓶车),及大型轧钢机中,一般都采用直流电动机而不是异步电动机,原因是异步电动机的( B )。
A、功率因素低B、调速性能很差C、起动转矩较小D、起动电流太大6.进口设备标牌上的英文词汇“resolver”的中文意思是(D)。
(A)变压器(B)电流互感器(C)自整角机变压器(D)旋转变压器7.旋转变压器的结构相似于(D)A、直流电动机B、笼型异步电动机C、同步电动机D、绕线式异步电动机8.力矩电动机的特点是(C)A、转速高,转矩大B、转速高,转矩小C、转速低,转矩大D、转速低,转矩小9.某三相异步电动机的电源频率为50Hz,额定转速为1455r/min,相对应的转差率为(B)A.0.004B.0.03C.0.18D.0.5210.三相异步电动机的旋转方向与通入三相绕组的三相电流(C)有关。
A、大小;B、方向;C、相序;D、频率。
11.三相异步电动机旋转磁场的转速与(C)有关。
A、负载大小;B、定子绕组上电压大小;C、电源频率D、三相转子绕组所串电阻的大小。
12.三相异步电动机的最大转矩与(B)A、电压成正比;B、电压平方成正比;C、电压成反比;D、电压平方成反比。
13.三相异步电动机的起动电流与起动时的(B)A、电压成正比;B、电压平方成正比;C、电压成反比;D、电压平方成反比。
14.14. 能耗制动的方法就是在切断三相电源的同时(D)A、给转子绕组中通入交流电;B、给转子绕组中通入直流电;C、给定子绕组中通入交流电;D、给定子绕组中通入直流电。
一、单项选择题 考10题20分1. “机电一体化”这一名词产生于20世纪,其产生的年代为 ( A )A .70年代 B.50年代 C.40年代 D.80年代 2. “机电一体化”在国外被称为( C )A .Machine B.Electronics C.Mechatronics D.A 和B 3. 机电一体化产品的动力与驱动部分的主要功能是( D )A .提供动力B.传递运动C.传递动力 D.A 、B 和C 4. 时域函数αt e -=f(t)的拉普拉斯变换为( C )A .s1 B.αα+sC.α+s 1 D.α15. 在同步齿型带传动中,同步带的齿形为( A ) A .梯形 B.矩形 C.渐开线 D.摆线 6. 直流伺服电动机的电磁转矩与输出转速之间的函数关系式称为其 ( A ) A .机械特性 B.调节特性 C.力矩特性 D.转速特性7. 在滚珠丝杠副中,预紧调整是为了消除其( B ) A .径向间隙 B.轴向间隙 C.预应力 D.A 和B 8. 在交流伺服电机中,控制绕组与励磁绕组在空间相差的电角度是(D )A .60°B.45°C.0°D. 90° 9. 若x 为传感器的输入量,y 是其输出量,则传感器的灵敏度为( C )A .yxB.yx ∆∆ C.xy ∆∆ D.xy10. 在滚珠丝杠副中,公式IEMl ES Pl L π2200±±=∆是验算满载时滚珠丝杠副的( A ) A .刚度 B.强度 C.塑性变形 D.疲劳点蚀 11. 在可编程控制器的编程中,同一继电器线圈在梯形图中出现的次数最多为 ( B ) A .2 B.1 C.3 D.4 12. MCS —51的每个机器周期包含状态周期数为( D )A .12 B.24 C.10 D.6 13.在滚珠丝杠副JB3162.2-91的标准中,最高的精度等级是 ( A ) A .1级 B.10级 C.7级 D.C 级 14. 在可编程控制器梯形图的编程中,继电器线圈左侧触点的数目为( D )A .0B.>3C.<2D.≥115. 光栅式位移传感器的栅距W 、莫尔条纹的间距B 和倾斜角θ之间的关系为 (A )A .θWB≈B.θWB >C.θWB <D.θWB 5.1≈16. 差动变压器式电感传感器属于( C )A .涡流式 B.自感型 C.互感型 D.可变磁阻式17. 结构设计中力流变化急剧的地方说明其应力集中( B ) A .平缓 B.严重 C.不存在 D.可以消失 18. 在自动控制系统中,伺服电机通常用于控制系统的( B ) A .开环控制 B.C 和D C.全闭环控制 D.半闭环控制 19. 在光栅式位移传感器中,莫尔条纹与光栅条纹的排列方向几乎成( A )A .90° B.0° C.45° D.60° 20. 在同步齿型带传动中,节线的长度在工作过程中( A ) A .不变B.变长C.变短D.几乎不变1. Mechatronics 是两个不同学科领域名称的组合,这两个不同的学科是 ( B )A .机械学与信息技术B.机械学与电子学C.机械学与自动化技术D.机械学与计算机 2. 计算机集成制造系统包括( D )A .CAD 、CAPP 、CAM B.FMS C.计算机辅助生产管理 D.A 、B 和C3. 时域函数t t f ωsin )(=的拉普拉斯变换为( C )A .ω+21sB.αω+sC.22ωω+s D.22ω+s s4. 在机电一体化系统数学模型建立的过程中经常会采用力——电压等效法,此时机械系统的阻尼等效于电系统的( C ) A .电容 B.电荷 C.电阻 D.电感5. 周转轮系中的行星轮系和差动轮系的自由度分别为 (A ) A .1,2 B.2,1 C.1,1 D.2,26. 直流伺服电动机的控制电压与输出转速之间的函数关系式称为其( B )A .转速特性 B.调节特性 C.工作特性 D.机械特性7. 滚珠丝杠副的基本导程指丝杠相对于螺母旋转2π弧度时,螺母上基准点的 ( B ) A .径向位移 B.轴向位移 C.螺旋线长度 D.坐标值 8. 在双波谐波齿轮传动中,通常刚轮与柔轮的齿数差是 ( C ) A .1 B.3 C.2 D.4 9. 谐波齿轮的齿形若为直线齿廓,则其压力角通常为(B ) A .20° B.28.6° C.25° D.15°10. 若直流测速发电机的负载电阻趋于无穷大,则输出电压与转速 ( B ) A .成反比 B.成正比C.成平方关系 D.成指数关系11. 在MCS —51中,MOV 指令用于访问( B )A .内部程序存储器 B.内部数据存储器 C.外部数据存储器D.外部程序存储器12. 在两级齿轮传动中,若传动比的分配方案是21i i =,则其遵循的原则是( A )A .重量最轻B.等效转动惯量最小 C.输出轴转角误差最小 D.加速度响应最快13. 谐波齿轮传动中的柔轮相当于行星轮系中的( B ) A .中心轮 B.行星轮 C.系杆 D.B 和C 14. 在MCS —51单片机中,用于对外部程序存储器读的信号是( A ) A .PSEN B.RD C.WR D.ALE15. 步进电机在转子齿数不变的条件下,若拍数变成原来的2倍,则步距角为原来的( A )A .0.5倍B.2倍C.0.25倍D.不变 16. 在槽轮机构中,反应槽轮运动时间与静止时间之比的时间常数t K 为(C )A .24+=Z K tB.231+-=Z K tC.241+-=Z K tD.ZK t 4=17. 传感器在零输入状态下,输出值的变化称为传感器的 ( C )A .线性度 B.精确度 C.零漂 D.分辨率 18. 在自动控制系统中,步进电机通常用于控制系统的( C ) A .半闭环控制 B.闭环控制 C.开环控制 D.前馈控制 19. 为了提高滚珠丝杠副的旋转精度,滚珠丝杠副在使用之前应该进行( B )A .调整径向间隙B.预紧C.预加载荷D.表面清洗20. 感应同步器可用于检测( D )A .位置 B.加速度C.速度D.位移一.选择题1. 通过计算机网络,将计算机辅助设计、计算机辅助规划以及计算机辅助制造,统一连接成一个大系统称为 ( B ) A. 顺序控制系统 B. 计算机集成制造系统 C. 柔性制造系统 D. 伺服系统2. 描写静态系统的数学模型是 ( A )A. 代数方程B. 微分方程C. 线性方程D. 常系数线性微分方程3.描写动态系统的数学模型是 ( A )A. 微分方程B. 代数方程组C. 常系数线性微分方程组D. 以上答案都不对4. 齿轮传动的总等效惯量随传动级数的 (A )A. 增加而减小B. 增加而增加C. 减小而减小D. 变化而不变5. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数 ( C )A. 有关B. 无关C. 在一定级数内有关D. 在一定级数内无关6. 某伺服电动机最高大输出转矩为5N ·m ,通过齿轮系5:1减速,可带动 ( A )的最大转 矩负载。
伺服电动机伺服电动机又称为执行电动机,在自动控制系统中作为执行元件。
它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出,改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向,故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。
根据使用电源的不同,伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。
直流伺服电动机输出功率较大,功率范围为1~600瓦,有的甚至可达上千瓦;而交流伺服电动机输出功率较小,功率范围一般为0.1~100瓦。
6.1.1 直流伺服电动机直流伺服电动机实际上就是他励直流电动机,其结构和原理与普通的他励直流电动机相同,只不过直流伺服电动机输出功率较小而已。
当直流伺服电动机励磁绕组和电枢绕组都通过电流时,直流电动机转动起来,当其中的一个绕组断电时,电动机立即停转,故输入的控制信号,既可加到励磁绕组上,也可加到电枢绕组上:若把控制信号加到电枢绕组上,通过改变控制信号的大小和极性来控制转子转速的大小和方向,这种方式叫电枢控制;若把控制信号加到励磁绕组上进行控制,这种方式叫磁场控制。
磁场控制有严重的缺点(调节持性在某一范围不是单值函数,每个转速对应两个控制信号),使用的场合很少。
直流伺服电动机进行电枢控制时,电枢绕组即为控制绕组,控制电压直接加到电枢绕组上进行控制。
而励磁方式则有两种:一种用励磁绕组通过直流电流进行励磁,称为电磁式直流伺图7.1 直流伺服电动机电枢控制线路图服电动机;另一种使用永久磁铁作磁极,省去励磁绕组,称为永磁式直流伺服电动机。
直流伺服电动机进行电枢控制的线路如图7.1所示,励磁绕组接到电压恒定为的直流电源上,产生励磁电流,从而产生励磁磁通,电枢绕组接控制电压,那么直流伺服电动机电枢回路的电压平衡方式为若不计电枢反应的影响,电机的每极气隙磁通将保持不变,则电动机的电磁转矩公式为1. 机械特性由上面三式可得到电枢控制的直流伺服电动机的机械特性方程式为错误!(7.1)改变控制电压,而机械特性的斜率不变,故其机械特性是一组平行的直线,如图7.2所示。
直流伺服电机的基本特性网络2010-08-01 01:50:12 网络1、机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时,电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律,称直流电机的机械特性。
直流电机的机械特性曲线K值大表示电磁转矩的变化引起电机转速的变化大,这种情况称直流电机的机械特性软;反之,斜率K值小,电机的机械特性硬。
在直流伺服系统中,总是希望电机的机械特性硬一些,这样,当带动的负载变化时,引起的电机转速变化小,有利于提高重流电机的速度稳定性和工件的加工精度。
功耗增大。
2、调节特性直流电机在一定的电磁转矩M(或负载转矩)下电机的稳态转速n随电枢的控制电压U a 变化而变化的规律,被称为直流电机的调节特性。
直流电机的调节特性曲线斜率K反映了电机转速n随控制电压U a的变化而变化快慢的关系,其值大小与负载大小无关,仅取决于电机本身的结构和技术参数。
3、动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态,存在一个过渡过程,这就是直流电机的动态特性。
决定时间常数的主要因素有:惯性J的影响、电枢回路电阻R a的影响、机械特性硬度的影响。
直流伺服电机的种类和主要技术参数1、按转动部分惯性大小来分:•小惯量直流电机——印刷电路板的自动钻孔机•中惯量直流电机(宽调速直流电机)——数控机床的进给系统•大惯量直流电机——数控机床的主轴电机•特种形式的低惯量直流电机2、主要技术参数:额定功率P e•额定电压U e•额定电流I e•额定转速n e•额定转矩M I e•调速比D直流伺服电机的选择,是根据被驱动机械的负载转矩、运动规律和控制要求来确定。
直流伺服电机结构和速度控制原理直流伺服电机结构示意图1、直流电机的输出电磁转矩表达式为:2、控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法有两种:•改变电枢电压U a即改变电枢电流I a的方法;•改变励磁电流I f即改变磁通ф的方法。
3、常用调节电枢电压的方法优点:一元函数,线性较好,控制方便;响应速度快;输出转矩大。
四、问答题(Ⅱ)1.自整角机的主要用途是什么?答:自整角机的主要用途是将转角变为电信号或将电信号变为转角,实现角度传输、变换和接收,广泛地应用于远距离的指示装置和伺服系统。
2.试述交磁电机扩大机的工作原理。
答:控制绕组接通直流电压,便产生一直轴磁通。
电枢旋转切割直轴磁通,产生的感应电动势被交轴电刷短路,形成较大的交轴电流,并产生较强的交轴电枢反应磁通。
电枢绕组切割这一较强的交轴磁通,产生较大的感应电动势由直轴电刷输出。
当交磁电机扩大机带负载时,为了克服负载电流产生的直轴电枢反应,采用补偿绕组来保证在不同负载下交磁电机扩大机能有一个稳定的输出。
3.怎样对G-M系统进行调速?G-M系统有哪些优点?答:对G-M系统进行调速时,可调节发电机G的励磁绕组中的可调电阻,使发机发出的电压变化,也即电动机的电枢电压发生变化,从而电动机M的转速便随着变化。
G-M系统的优点是;调速范围大,调速时所需的控制能量小。
因为是通过调节发电机的励磁电流来实现调速,而励磁电流是很小的,因此控制方便。
4.试述交流测速发电机的工作原理。
答:当励磁绕组接上单相正弦交流电时,便产生一个直轴交变磁通。
转子以转速n旋转,切割直轴交变磁通而产生同频率的感应电动势和感应电流,而该电流产生一个交轴交变磁通,穿过输出绕组,输出绕组中便感应产生与交流电同频率而大小正比于转速n的交变电动势,因此其输出电压与转子转速成正比。
5.什么是伺服电动机?有几种类型?工作特点是什么?答:伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类。
其工作特点是:当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降,能够接到信号就迅速起动,失去信号时自行制动,且转速的大小与控制信号成正比。
6.功率放大器与小信号电压放大电路相比较,有哪些主要不同之处?答:主要不同之处在于:小信号放大器要求获得尽可能高的电压(或电流),而功率放大器则考虑尽可能大的不失真输出功率,且其动态工作电流和电压变化幅度都比较大。
控制电机的复习资料《直流伺服电动机》一、填空题1.伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。
2.伺服电动机将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度而输出。
输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。
改变控制电压可以改变伺服电动机的转速及转向。
3.直流伺服电动机的结构上可以分为传统型和低惯量型。
与传统型的直流伺服电动机相比,低惯量型的直流伺服电动机具有时间常数小响应快速的特点。
4.电枢控制法是以电枢绕组作为控制绕组,是在负载转矩一定时,保持励磁电压不变,通过改变电枢电压来调节电动机转速,即电枢电压加大,转速增大;电枢电压减小,转速减小;电枢电压为零,电动机停转。
当电枢电压的极性改变后,电动机的旋转方向也随之改变。
5.直流伺服电动机的静态特性主要包括机械特性和调节特性。
6.机械特性是指控制电压恒定时,电动机的转速与转矩的关系。
机械特性与纵轴的交点为电磁转矩等于零时电动机的理想空载转速。
7.机械特性的斜率表示了电动机机械特性的硬度,即电动机的转速随转矩的改变而变化的程度。
8.调节特性是指在电磁转矩恒定时,电动机的转速与控制电压的关系。
9.调节特性曲线上从原点到始动电压点的这一段横坐标所示范围,称为在某一电磁转矩值时伺服电动机的失灵区。
失灵区的大小与负载转矩的大小成正比,负载转矩越大,想要使直流伺服电动机运行起来,电枢绕组需要加的控制电压也要相应的越大。
当n=0时,调节特性曲线与横轴的交点就表示在某一电磁转矩时,电动机的始动电压。
10.伺服电动机在自动控制系统中通常作为执行元件使用,对控制系统的性能影响很大,因此它应具有如下功能:①宽广的调速范围;②机械特性和调节特性均为线性;③无自转现象;④响应快速。
11.动态特性是指电动机的电枢上外施电压突变时,电动机从一种稳定转速过渡到另一种稳定转速的过程。
11.为了减小直流伺服电动机的机电过渡过程,可以采取以下措施:①尽可能减小电枢电阻;②采用细长型或空心杯型电枢、盘型电枢,以获得较小的转动惯量;③应增加每个电极气隙的磁通,即提高气隙的磁密。
控制电机(2版)思考题与习题参考答案(机械工业出版社,李光友等编着)第1章 直流伺服电动机1. 一台直流电动机,其额定电压为110V ,额定电枢电流为0.4A ,额定转速为3600r/min ,电枢电阻为50Ω,空载阻转矩015.0T 0=N ·m ,试问电动机的额定负载转矩是多少?解:,=120,2. 一台型号为55SZ54的直流伺服电动机,其额定电压为110V ,额定电枢电流为0.46A ,额定转矩为093.0 N ·m ,额定转速为3000r/min 。
忽略电动机本身的空载阻转矩0T ,试求电机在额定运行状态时的反电动势a E 和电枢电阻a R 。
解:U= , , 1003. 伺服电动机型号为70SZ54,,V 110U U ,W 55P f N N ===效率m i n /r 3000n %,5.62N N ==η,空载阻转矩0714.0T 0= N ·m 。
试求额定运行时电动机的电枢电流aN I ,电磁转矩e T ,反电动势aN E 和电枢电阻a R 。
解:100,4. 由两台完全相同的直流电机组成的电动机-发电机组。
它们的励磁电压均为110V,电枢绕组电阻均为75Ω。
当发电机空载时,电动机电枢加110V电压,电枢电流为0.12A,机组的转速为4500r/min。
试求:(1)发电机空载时的输出电压为多少?(2)电动机仍加110V电压,发电机负载电阻为1kΩ时,机组的转速为多少?解:(1)(2)由得,, =0.12A, n=4500r/min.接负载时,U=,解得=4207r/min5. 试用分析电枢控制时的类似方法,推导出电枢绕组加恒定电压,而励磁绕组加控制电压时直流伺服电动机的机械特性和调节特性。
并说明这种控制方式有哪些缺点?答:磁场控制时电枢电压保持不变。
机械特性是指励磁电压不变时电动机转速随电磁转矩变化的关系,即 = 。
由公式可知,当控制电压加载励磁绕组上,即采用磁场控制时,随着控制信号减弱,减小,k增大,机械特性变软。
直流伺服电机的静态特性磁场的影响,认为电机的每极气隙磁通中将保持恒定。
(1)机械特性直流伺服电机的机械特性是指当电源电压U=常值、气隙每极磁通量①=常值时,电机的转速n和电磁转矩T e之间的关系曲线,即n=f(T e)。
在直流伺服电机的诸多特性中,机械特性是最重要的特性。
它是选用直流伺服电机的依据。
直流伺服电机的机械特性方程与直流电机的机械特性方程基本相同,即式中,U a为电枢电压;R a为电枢回路总电阻;n为转速;①为每极磁通;C e为电动势常数;C T为转矩常数;T e为电磁转矩;因为直流伺服电机的机械特性方程为一直线方程,所以其机械特性为一条直线,如图2-13所示。
显然,只要找到直线上的两个点,便可绘制出该机械特性的直线。
图2-13直流伺服电机的机械特性从图2-13中可以看出,直流伺服电机的机械特性是线性的,该机械特性曲线上有两个特殊点,现分述如下。
①理想空载点(0,n0)。
由直流伺服电机的机械特性曲线和机械特性方程可知,n0是机械特性曲线与纵轴的交点,即电磁转矩T e=0时的转速,即在实际的电机中,当电机轴上不带负载时,因为它本身有空载损耗所引起的空载阻转矩。
因此,即使空载(即负载转矩T L=0)时,电机的电磁转矩也不为零,只有在理想条件下,即电机本身没有空载损耗时,才可能有T e=0,所以对应于T e=0时的转速n0称为理想空载转速。
②堵转点(T k,0)。
由直流伺服电机的机械特性曲线和机械特性方程可知,T k是机械特性曲线与横轴轴的交点,即电机的转速n=0时的电磁转矩,即式中,T k为电机处在堵转状态时所产生的电磁转矩。
称为直流电机机械特性的斜率。
k前面的负号表示直线是下倾的。
k的大小可用A n/A T表示,如图2-13所示。
因此k的大小表示电机电磁转矩变化所引起的转速变化程度。
斜率k大,则对应于同样的转矩变化,转速变化大,这时电机的机械特性软。
反之斜率k小,则对应于同样的转矩变化,转速变化小,这时电机的机械特性硬。
直流伺服电动机的技术参数与特性参数,直流伺服电动机的特点特性及种类导语:直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机,又称执行电机,它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。
直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机,又称执行电机,它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。
直流伺服电动机的工作原理、基本结构及内部电磁关系与一般用途的直流电动机相同。
直流伺服电动机的控制电源为直流电压,分普通直流伺服电动机、盘形电枢直流伺服电机、空心杯直流伺服电机和无槽直流伺服电机等。
普通直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种基本结构类型。
电磁式又分为他励、并励、串励和复励四种,永磁式可看作是他励式。
特点:转子直径较小、轴向尺寸大;转动惯量小,因此响应时间快。
但额定扭矩较小,一般必须与齿轮降速装置相匹配。
用于高速轻载的小型数控机床中。
1、直流伺服电动机的基本结构图为直流伺服电动机的结构,主要包括定子、转子、电刷与换向片三个部分2.直流伺服电动机的分类(1)根据电动机本身结构的不同,可分为以下几类:改进型直流伺服电动机转子的转动惯量较小,过载能力较强,且具有较好的换向性能。
小惯量直流电动机最大限度地减少了转子的转动惯量,能获得最好的快速特性。
永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长期地工作,转动惯量较大,无励磁回路损耗,可在低速下运转。
无刷直流电动机由同步电动机和逆变器组成,而逆变器是由装在转子上的转子位置传感器控制。
(2)根据直流电动机对励磁绕组的励磁方式不同,可分为他励式、并励式、串励式和复励式四种。
直流伺服电动机的特点种类直流伺服电动机的结构和一般直流电动机一样,只是为了减小转动惯量而做得细长一些。
它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电。
也有永磁式的,即磁极是永久磁铁。
通常采用电枢控制,就是励磁电压f一定,建立的磁通量Φ也是定值,而将控制电压Uc加在电枢上,其接线图如下图所示。
电动机原理和特点的比较本文主要介绍了三种直流电机:普通直流电机、无刷电机、步进电机,两种交流电机:三相异步电动机、伺服电机的原理、特点及调速方法。
1、普通直流电机普通直流电机便是我们最熟悉的一种电动机,它的转子在内部,由线圈组成,定子则在外部,由永磁体组成。
在工作时,而把它的电刷A、B接在电压为U的直流电源上,电刷A是正电位,B是负电位,在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b,在S极范围内的导体Cd中的电流是从C流向d。
载流导体在磁场中要受到电磁力的作用,因此,ab和Cd两导体都要受到电磁力的作用。
根据磁场方向和导体中的电流方向,利用电动机左手定则判断,ab 边受力的方向是向左,而Cd边则是向右。
由于磁场是均匀的,导体中流过的又是相同的电流,所以,ab边和Cd边所受电磁力的大小相等。
这样,线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。
当线圈转到磁极的中性面上时,线圈中的电流等于零,电磁力等于零,但是由于惯性的作用,线圈继续转动。
线圈转过半周之后,虽然ab与Cd的位置调换了,ab边转到S极范围内,Cd边转到N极范围内,但是,由于换向片和电刷的作用,转到N极下的Cd边中电流方向也变了,是从d流向c,在S极下的ab边中的电流则是从b流向a.因此,电磁力FdC的方向仍然不变,线圈仍然受力按逆时针方向转动。
可见,分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的,因此,线圈两个边的受力方向也不变,这样,线圈就可以按照受力方向不停的旋转了。
从以上的分析可以看到,要使线圈按照一定的方向旋转,关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一个异性磁极范围内时(也就是导体经过中性面后),导体中电流的方向也要同时改变。
换向器和电刷就是完成这个任务的装置。
当然,在实际的直流电动机中,也不只有一个线圈,而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中,当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动,就带动整个转子旋转。
直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°,这就要藉由碳刷及整流子。