反电势在前面“直流、交流发电机”已经指出,当导体在磁场中运动时,在导体中会感生出电势。马达旋转时,也相当于导体在磁场中运动,因而也要感生出电势,但其方向与外加电压的方向相反,这种电势通常称为反电势。
反电势的效应是限制电枢中的电流,而且这种效应随着电枢的速度增加而增大。由于反法动电势与所加电压方向相反,所以有降低有效电压的效果。因此,使电流通过电枢的电压是外加电压与反电势之差。实际上,反电势就是当该马达用作发电机时所能产生的电压。
电枢反应马达中的电枢反应与发电机中的电枢反应相似,不过,马达电枢电流与同方向旋转的发电机电枢电流方向相反。在“直流发电机”一节中已经详细地解释了发电机的电枢反应,由于电枢内的电流方向相反,所以它们磁化电枢的方向相反。尽管这两类电机内的主磁通方是一致的,两者的磁场反应方向相反。速度与转矩特性曲线利用串激马达起动内燃机的理由,是这种马达具有非常大的转矩。其转矩随磁场的强度和电流的强度而成正比地变化。
由于电枢线圈与磁场线圈是串联的,电流的增加会引起磁场强度的增加。达的负荷增加后,通过磁场线圈和电枢线圈的电流也增加。因此,随着负荷的增加,转矩将不断增加。串激马达的速度随负载的变化而变化。对于一台串激马达驱动的给定负载来说,有一个确定的速度。负荷重了,马达速度就会降低;负荷轻了,马达的速度就会很高,其理由如下:用在克服阻力的电压,加上反电势,等于马达的外加电压。当负荷大时,克服阻力的电压大,因此电枢不必转得很快就可产生平衡外加电压所需的反电势。
当负荷小时,马达的转速增加会产生出一个较高的反电势,因而降低了磁场线圈和电枢线圈的电流。电流的减小使磁场强度削弱,从而引起电枢速度的增加,这就又增加了反电势,电压仍趋于平衡。当没有负载时,串激马达的速度会不断增长,甚至会使电枢由于离心力而损坏。用于起动内燃机的串激马达除了在受控条件下运行以外,任何时候都不得无载荷运行。
起动马达的内部电路利用串激马达来起动内燃机时,其磁场线圈之间以及电枢线圈与磁场线圈之间有各种不同的接法。两个线圈并联连接,然后与电枢串联,可使大电流平分两路流经每个磁场线圈,然后全部流过电枢,这样可以产生一个大的起动转矩。没有线圈的两个磁极仅用来作为磁的通道以构成一个磁路。
在四个磁极上均有四个线圈。利用这种连接方法,电路中一半的电流流经一对线圈到绝缘电刷上,另一半电流流经另一对线圈到另一个绝缘电刷上,然后电流在整流子上汇合后流过电枢。电阻很小的四个磁极线圈产生较强的磁场,使起动马达产生较大的转矩和起动能力。这种分配电流的原则也用于六个磁极的起动马达,六个磁极线圈一对对分成三条分路。在这种马达中,每对线圈流过三分之一的电流。起动马达内增加分路的数目,可以保持较低的电阻,从而可以产生大的马力,以用于重级马达。
如前所述,起动马达各磁场线圈串联时,如不加控制,则可能飞车,因此分激接法常常用在12V的起动马达上。两个或三个粗磁场线圈。与电枢串联,其余的线圈则并联,接在起动马达的端子与搭铁之间。分激线圈有两个目的,第一个目的是辅助主线圈建立并保持一个强磁场;第二个目的是,马达不带负荷时,可防止过高的速度。当马达开始带动发动机时,大电流流过串激线圈,后者建立起磁场,同时分激线圈提供一个补充磁场。当发动机起动以后,起动机的载荷马上降下来。
随着发动机的加速,起动机很快地旋转,这时由于产生的反电势很高,迫使流过电枢和串激线圈的电流变小,磁场减弱。如果不用分激线圈,则会产生很高的转速。分激线圈继续产生最大的磁场强度,使得马达可以保持在安全的速度范围。起动马达的驱动控制电路起动马达的电枢必须产生一个相当高的转速以保证有足够的转矩使发动机起动。为此,起动机安装一个小的驱动齿轮与发动机飞轮上的轮齿相啮合。
这级齿轮减速比约为15:1,也就是说,起动机电枢转15转,飞轮才转1转。如果使用了减速器,则情况又不一样。一旦内燃机起动后,其速度比起动机高得多,如果起动机的驱动小齿轮仍然与飞轮啮合在一起,则起动机将发生超速。比如,如果内燃机的速度为1000r/min,则起动机的速度将增高15倍,即15000r/min,这样高的速度会损坏电枢。
为了防止这一点,已研制出各种各样的机构,以便使齿轮在起动瞬间保持啮合,而一旦内燃机起动之后,则齿轮马上脱开。目前,大多数起动机采用正啮合或称预先啮合起动;或者采用动极靴;或者采用减速机构。起动马达装置的标准本笛斯(Bendix)驱动机构。该机构可将驱动小齿轮自动地啮合到飞轮的齿圈上,并在内燃机起动以后,自动地把驱动小齿轮脱开。驱动小齿轮安装在有螺纹的套管(或称中空轴)上,其螺纹与驱动小齿轮的内螺纹自由配合。
套管的一端与驱动弹簧用螺栓固定,驱动弹簧的另一端用螺栓固定在电枢轴上。当起动机不运行时,小齿轮与飞轮齿圈并不啮合。一旦电路接通,起动机电枢开始旋转。由于串激马达的速度增长非常快,带螺纹的套管因驱动弹簧的带动而随着电枢飞快转动。但是,带螺纹套管与驱动小齿轮是自由的螺纹配合,在一瞬间并未一起旋转起来。其结果是套管在小齿轮旋转起来以后,迫使小齿轮沿着螺纹套管向飞轮方向移动,并与飞轮齿圈啮合在一起。