第二节 起动用直流电动机
（助学课件）
一、直流电动机的构造
直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成如图3—3所示，电枢绕组与磁场绕组串联的直流电动机称为串励式直流电动机。
1．机壳
大多数起动机机壳的一端有4个检查窗口，有些则没有。机壳中部有一个电流输入接线柱，并在内部与励磁绕组的一端相连。端盖分前、后两个，前端盖由钢板压制而成，后端盖由灰铸铁浇制而成，呈缺口杯状。它们的中心均压装着青铜石墨轴承套或铁基含油轴承套，外围有2个或4个组装螺孔。电刷装在前端盖内，后端盖上有拨叉座，盖口有凸缘和安装螺孔，还有拧紧中间轴承板的螺钉孔。
2．磁场绕组：
磁场绕组是由绕在极靴上的线圈构成的电磁铁(图3—4)。
磁场绕组固定到起动机外壳里面(图3—5)，用铸钢制造的的极靴和起动机外壳连接在一起，可增加磁场绕组的磁场强度。
图3—6为4磁场绕组形成的磁场。
当电流流过磁场绕组时，便建立强大的、静止的电磁场，磁场根据绕组围绕在极靴的方向，分为N极和S极。磁场绕组的极性对调，便产生相反的磁场。
磁场绕组与电枢绕组的接法有二种：串联和既有串联也有并联的复式接法(图3—7为磁场绕组的联接方式。
复式接法可以在绕组铜条截面尺寸相同的情况下增大起动电流，从而增大转距。大多数起动机采用4个磁场绕组。功率大于7．35kW的起动机有采用6个磁场绕组的。
3．电枢
电枢由若干薄的、外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电枢绕组组成。铁心的叠片结构可以
减小涡流电流。电枢绕组安装在叠片外径边缘的槽内，绕组线匝分别接到换向器铜片，电枢安装在电枢轴上。图3—8所示为电枢总成。
电枢绕组有两种绕法：叠绕法和波绕法。叠绕法，绕组的两端线头分别接相邻的两个换向器铜片(如图3—9所示)。
此种绕法，在一对正负电刷之间的导线，电流方向一致。波绕法，绕组一端线头接的换向器铜片与另一端线头接的换向器铜片相隔90°或180°(如图3—10所示)。此种绕法，电枢转到某一位置时，因为某些绕组两端线头接到同极性电刷上，会造成一些绕组没有电流。由于波绕法的绕组电阻较低，所以常用。
4．换向器及电刷
换向器由许多换向片组成，换向片的内侧制成燕尾形，嵌装在轴套上，其外圆车无形。换向片与换向片之间均用云母绝缘。电刷架一般为框式结构，其中正极刷架与端盖绝缘地固装，负极刷架直接搭铁。刷架上装有弹性较好的盘形弹簧。电刷由铜粉与石墨粉压制而成，呈棕红色，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与换向片之间具有适当的压力。电刷与刷架的组合如图3—11所示。
电刷和装在电枢轴上的换向器用来联接磁场绕组和电枢绕组的电路，并使电枢轴上产生的电磁力矩保持固定方向。
二、直流电动机的原理
直流电动机的原理如图3—12所示。
在磁场中放置一个线圈，线圈的两点分别与两片向片连接，两只电刷分别与两片换向片接触，并与蓄电池的正极或负极接通。电流方向；蓄电池正极→磁场绕组→正电刷→换向片→电枢绕组→负电刷→蓄电池负极。按照电枢绕组中的电流方向，由左手定则可以确定电枢左边受向上的作用力，右边受向下的作用力，整个电枢线圈受到逆时针方向的转矩作用而转动。当电枢转过半周后，换向片与正负电刷接触位置正好换位，电枢绕组因受转矩作用仍按逆时针方向转动。这样在电源连续对电动机供电时，其线圈就不停地按同一方向转动。
实际电动机的电枢采用多匝线圈，换向片的数量也随线围绕组匝数的增多而增多。
电动机的电磁转矩M取决于磁通Φ，电枢电流Ia的乘积，可用下式表示：
M=Cm·Φ·Ia(3—1)
式中Cm是电动机结构常数。
三、直流电动机转矩自动调节过程
当电动机接人直流电源时，载流导体产生电磁转矩使电枢旋转。而电枢旋转时，线圈会切割磁力线产生感应电动势，其方向可用右手定则来判断。因其电动势的方向恰与电枢6圈电流方向相反，故称反电动势E其大小与电动机结构常数Ce电枢转速n及磁极磁Φ成正比，即：
E=Ce·Φ·n(3—2)
因为反电动势方向与电源电压方向相反，因而在电动机工作时，其电压平衡方程式是：
U=E-Ia·Ra(3—3)
式中U为电源电压，Ra是电枢电路的电阻，由此可得电枢电流为：
Ia=U-E／Ra(3—4)
可见，当电源电压U和电枢电阻Ra一定时，电枢电流将随反电动势的变化而作相反的变化，促使电磁转矩也发生变化。比如，当电动机负载增加时，由于轴上的阻力矩增大，电枢转速就会降低，故反电动势将随之减小，使电枢电流随之增大，因此电磁转矩也将随之增大，直至电动机的电磁转矩增加到与阻力矩相等时为止，这时电动机拖动新的负载以较低的转速平稳运转。相反，当电动机负载减小时，由于轴上的阻力矩减小，电枢转速就会升高；反电动势亦随之增大，电枢电流减小，电磁转矩也随之减小，直至电动机的电磁转矩减小到与阻力矩相等时为止，这时电动机拖动新的负载在较高的转速下平稳运转。
由上述分析可知：当电动机拖动的负载发生变化时，其电枢转速、电枢电流、电磁转矩均会自动地作相应的变化，以满足不同负载的需要。因为电枢转速、电磁转矩的变化程度取决于不同型式的电动机，以此为依据就可以正确选用适合不同负载的电动机。
