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串激电机:一种交直流电通吃的电机,电动工具的使用的电机

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:2008    更新时间:2023/3/24

电机的种类有很多,但按照供电电源来分,无非就是交流电机和直流电机。那么有没有既可以使用交流电源,也可以使用直流电源的电机呢?

答案是:有,下面要介绍的单相串激(串励)电机就是一种这样的电机。

单相串激(串励)电机使用相当普遍,像手电钻、角磨机等各类手持电动工具以及小家电大多使用的就是单相串激(串励)电机,这种电机最明显的特征是有碳刷。

使用串励电机的手电钻 
单相串激(串励)电机的机构

单相串激(串励)电机的结构与直流串励电机的结构基本是相同的。

定子由铁心和励磁绕组组成,转子由铁心、电枢绕组、换向器及转轴组成。励磁绕组和电枢绕组都是绕线式绕组,二者通过碳刷和换向器形成串联回路,这也是串励的由来。

手电钻的定子和转子 
定子绕组也就是励磁绕组一般只有一对磁极。转子绕组也就是电枢绕组的线圈不是闭合的,只有碳刷接触时才形成闭合回路。

电钻转子 

串激电机的转速和频率有关系吗?
三相异步电机的转速是有极对数和频率决定的 串激电机单靠极对数来决定吗 祥细点回答: 串激电机也叫通用电机,广范用于电动工具和家用电气,它的特点是转速快,效率高,体积小,启动转轨大,一般都是一对磁极,要改变它的转速只能通过该变电压的高低,电流的大小或通过机械来调速,和频率一点关系都没有。

单相串激电机的工作原理

串激电机和直流串励电机的结构是相同的,所以瞬时两者的工作状态也是一样的,我们可以先了解一下直流串励电机的工作原理,然后稍加变化就可以明白串激电机的工作原理。

串励电机的工作原理 
串励电机的工作原理比较简单,好像以前课本上就讲的这个。

电流从左侧的线圈进入,经过转子绕组,从右侧的线圈流出。根据电流的磁效应,定子绕组会产生一个方向从图中N到S的磁场,因为电流的方向是固定的,所以磁场的方向也是固定的。

同时,通入电流的转子绕组会受到电磁力的作用,力的方向可以根据左手定则判断出来。在N极和S极范围内的线圈受到力的大小相同,但是方向不同,电磁力矩会使转子开始转动。

电磁力加上惯性的作用,转子转动半周以后,因为换向器的存在,流入转子线圈的电流方向会发生变化,使其在N和S范围内受力的方向不变,转子就会一直转动下去。

这就是直流串励电机的工作原理,单相串激电机因为接入的是交流电,电流的方向是不断变化的,定子绕组产生的磁场方向也一直变化,但是因为转子绕组的电流方向同步发生变化,所以转子的受力方向不会改变。

对于换向器想说两句,在接入直流电的时候,换向器确实起到了改变转子绕组电流方向的作用,但是接入交流电时,方向的变化是交流本身的特性产生的,所以在单相串激电机里叫换向器好像不是特别合适。另外,关于左右手定则、安培定则、电磁感应等等,上篇文章已经做了介绍,这里不在赘述,需要的朋友可以去看看上篇关于三相异步电机的文章。

单相串激(串励)电机的特点

串激电机有启动不需要电容、转速快、启动转矩大等优点,但也有噪音大、碳刷易磨损、电磁干扰强等缺点。

串激电机的转速为什么可以很高?

串激电机的转速比较高,可以达到几千几万转,甚至更高。像手电钻的电机转速就在6000转以上。

分析如下,设串激电机的转速是n,

串激电机的转速公式 
其中U是电源电压,Ia是电枢反应,Ra是电枢内阻,Rs是电枢串联电阻,Ce是电动势常数,Φ是气隙磁通。

可以看出转速和电源的频率没有关系,电源电压增加,电枢电流减小都可以增加串激电机的转速。

串激电机为什么有启动转矩大的特点?

先看一下转矩公式:T=Ct*Φ*Ia,其中Ct是转矩常数,和电机结构有关;Φ是气隙磁通;Ia是电枢电流。可以看出在电机确定的情况下,串激电机的转矩主要和磁通及电枢电流有关。

上篇文章已经了解过,绕组在切割磁通线的时候会感应出反电动势,转速越高,反电动势越大,对绕组电流的限制越大。

对于串激电机来说,定子磁场的位置是固定的,在通电瞬间,转子和定子是相对静止的,没有切割磁通线的情况存在,所以也就没有反电动势。电流此时是很大的,磁通和电枢电流也大,所产生的电磁转矩也大。随着转速的增加,反电动势增加,电流减小,转矩也减小。

这就是串激电机的一个特点,转速越慢转矩越大,我们平时使用手持电动工具时应该有这样的感受。

既然串激电机启动不需要电容,那么电动工具里的电容是做什么的呢?

串激电机不需要起动电容也不需运行电容,加电容主要起到滤波作用,用来改善电气特性,可以减小碳刷火花,提高电机寿命,减小电磁干扰等。


Tags:串激电机,转速,电容,转子  
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