励磁电路和功率回路是直流电机的两个基本磁路系统。前者负责产生磁通,后者则负责功率的传输。现代直流电机通常采用旋转电枢设计,意味着其由一个带有励磁绕组和铁芯的磁极定子,及其周围的电枢绕组与电枢铁芯组成的转子结合而成。而转子还配有换向装置,用以确保电机的正常运行。
在理解直流电机时,我们通常会接触到几个关键的技术参数:
扭矩:指的是电机能够产生的旋转力矩,通常以公斤·米(kg·m)或牛·米(N·m)为单位进行衡量。
转矩系数:表示电机产生转矩的效率,是每安培电枢电流所产生的转矩大小的量化指标。
摩擦转矩:这是由于电刷、轴承、换向器等机械部件的摩擦作用导致的转矩损失。
起动转矩:指的是电机在启动时所产生的初始旋转力矩,这一数值直接影响电机的启动性能。
旋转速度:描述电机转子的转动速度,单位通常为每分钟转数(r/min)。在国际单位制中,也可以用弧度每秒(rad/s)来表示,即每秒钟转动的弧度数。
电枢电阻:对于有刷直流电机,电枢的电阻不仅包括电枢绕组本身的电阻,还涵盖了电刷与换向器接触处的电阻。电阻越大,电流通过时所产生的热量就越多,因此电枢电阻尽量保持较低是提高电机效率的重要手段。
电枢电感:由于电枢绕组是由导电金属线圈构成,因此其会具有一定的电感。对于电机性能的提升,电枢电感越小越有利,因为较小的电感意味着电流变化更快,响应更及时。
电气时间常数:这是描述电枢电流从零增长至稳定值63.2%所需时间的一个参数。通常在电机阻塞状态下施加具有阶跃特性的驱动电压来测量。电气时间常数可通过电枢绕组的电阻(Ra)和电感(La)计算得出,公式为Te = La / Ra。
机械时间常数:这一参数表示电机在空载状态下从启动到达到空载速度63.2%所需的时间。测量时,电机应处于空载运行状态,并通常使用步进电机进行测试。
以上这些参数在设计、选型和使用直流电机时至关重要。通过合理选择和调节这些参数,能够确保电机在不同工况下的高效运作。