直流电机的工作原理

直流电机的工作原理基于电磁相互作用定律。根据该定律，每当载流导体或线圈被放置在磁场中时，导体或线圈都会受到电磁力。

该力的大小由以下公式给出：

$$\mathrm{\mathit{F=BIL}}$$

其中，

该力的方向可以通过我们在本教程的模块 1（基本概念）中讨论过的弗莱明左手定则 (FLHR) 确定。

为了理解直流电机，考虑如图 1 所示的两极直流电机。

当此直流电机的端子连接到外部直流电源时，机器内部会发生以下两种现象 −

因为在这种情况下，每个导体都承载电流并放置在磁场中。由于电流和磁场的相互作用，机械力作用在导体上。

通过应用弗莱明左手定则，很明显，每个导体上的机械力都倾向于使导体沿逆时针方向移动。所有导体上的机械力加在一起产生驱动扭矩，使电枢旋转。

当导体从一个极侧移动到另一极时，由于换向作用，该导体中的电流会反转，同时受到下一个极性相反的极的影响。因此，导体上力的方向保持不变。这样，直流电动机的电枢就会连续朝一个方向旋转。

直流电动机的电枢转矩

直流电动机的电枢绕其轴线旋转。因此，作用在电枢上的机械力称为电枢转矩。它被定义为作用在电枢导体上的力的转矩，由下式给出：

$$\mathrm{\mathit{ au _{a}}/conductor\:=\:\mathit{F imes r}}$$

其中，F是每个导体上的力，r是电枢的平均半径。

如果 Z 是电枢中的导体数量，则总电枢扭矩由下式给出：

$$\mathrm{ 因此 \mathit{ au _{a}}\:=\:\mathit{ZF imes r}\:=\:\mathit{ZBIL imes r}}$$

因为，

$$\mathrm{\mathit{B}\:=\:\frac{\mathit{\phi }}{\mathit{a}};\:\mathit{I\:=\:\frac{I_{a}}{A}};\mathit{a\:=\:\frac{\mathrm{2}\pi rl}{P}}}$$

其中，$\phi$为每极磁通，$\mathit{I_{a}}$为电枢电流，l为每根电枢导体的有效长度，A为并联路径数，P为极数。然后，

$$\mathrm{\mathit{ au _{a}}\:=\:\frac{\mathit{Z\phi I_{a}}P}{\mathrm{2}\pi A}}$$

由于对于给定的直流电动机，Z、P和A是固定的。

$$\mathrm{ 因此 \mathit{ au _{a}}\propto \mathit{\phi I_{a}}}$$

因此，直流电动机的扭矩与每极磁通和电枢电流成正比。