反電勢在前面“直流、交流發電機”已經指出,當導體在磁場中運動時,在導體中會感生出電勢。馬達旋轉時,也相當于導體在磁場中運動,因而也要感生出電勢,但其方向與外加電壓的方向相反,這種電勢通常稱為反電勢。
反電勢的效應是限制電樞中的電流,而且這種效應隨著電樞的速度增加而增大。由于反法動電勢與所加電壓方向相反,所以有降低有效電壓的效果。因此,使電流通過電樞的電壓是外加電壓與反電勢之差。實際上,反電勢就是當該馬達用作發電機時所能產生的電壓。
電樞反應馬達中的電樞反應與發電機中的電樞反應相似,不過,馬達電樞電流與同方向旋轉的發電機電樞電流方向相反。在“直流發電機”一節中已經詳細地解釋了發電機的電樞反應,由于電樞內的電流方向相反,所以它們磁化電樞的方向相反。盡管這兩類電機內的主磁通方是一致的,兩者的磁場反應方向相反。速度與轉矩特性曲線利用串激馬達起動內燃機的理由,是這種馬達具有非常大的轉矩。其轉矩隨磁場的強度和電流的強度而成正比地變化。
由于電樞線圈與磁場線圈是串聯的,電流的增加會引起磁場強度的增加。達的負荷增加后,通過磁場線圈和電樞線圈的電流也增加。因此,隨著負荷的增加,轉矩將不斷增加。串激馬達的速度隨負載的變化而變化。對于一臺串激馬達驅動的給定負載來說,有一個確定的速度。負荷重了,馬達速度就會降低;負荷輕了,馬達的速度就會很高,其理由如下:用在克服阻力的電壓,加上反電勢,等于馬達的外加電壓。當負荷大時,克服阻力的電壓大,因此電樞不必轉得很快就可產生平衡外加電壓所需的反電勢。
當負荷小時,馬達的轉速增加會產生出一個較高的反電勢,因而降低了磁場線圈和電樞線圈的電流。電流的減小使磁場強度削弱,從而引起電樞速度的增加,這就又增加了反電勢,電壓仍趨于平衡。當沒有負載時,串激馬達的速度會不斷增長,甚至會使電樞由于離心力而損壞。用于起動內燃機的串激馬達除了在受控條件下運行以外,任何時候都不得無載荷運行。
起動馬達的內部電路利用串激馬達來起動內燃機時,其磁場線圈之間以及電樞線圈與磁場線圈之間有各種不同的接法。兩個線圈并聯連接,然后與電樞串聯,可使大電流平分兩路流經每個磁場線圈,然后全部流過電樞,這樣可以產生一個大的起動轉矩。沒有線圈的兩個磁極僅用來作為磁的通道以構成一個磁路。
在四個磁極上均有四個線圈。利用這種連接方法,電路中一半的電流流經一對線圈到絕緣電刷上,另一半電流流經另一對線圈到另一個絕緣電刷上,然后電流在整流子上匯合后流過電樞。電阻很小的四個磁極線圈產生較強的磁場,使起動馬達產生較大的轉矩和起動能力。這種分配電流的原則也用于六個磁極的起動馬達,六個磁極線圈一對對分成三條分路。在這種馬達中,每對線圈流過三分之一的電流。起動馬達內增加分路的數目,可以保持較低的電阻,從而可以產生大的馬力,以用于重級馬達。
如前所述,起動馬達各磁場線圈串聯時,如不加控制,則可能飛車,因此分激接法常常用在12V的起動馬達上。兩個或三個粗磁場線圈。與電樞串聯,其余的線圈則并聯,接在起動馬達的端子與搭鐵之間。分激線圈有兩個目的,第一個目的是輔助主線圈建立并保持一個強磁場;第二個目的是,馬達不帶負荷時,可防止過高的速度。當馬達開始帶動發動機時,大電流流過串激線圈,后者建立起磁場,同時分激線圈提供一個補充磁場。當發動機起動以后,起動機的載荷馬上降下來。
隨著發動機的加速,起動機很快地旋轉,這時由于產生的反電勢很高,迫使流過電樞和串激線圈的電流變小,磁場減弱。如果不用分激線圈,則會產生很高的轉速。分激線圈繼續產生最大的磁場強度,使得馬達可以保持在安全的速度范圍。起動馬達的驅動控制電路起動馬達的電樞必須產生一個相當高的轉速以保證有足夠的轉矩使發動機起動。為此,起動機安裝一個小的驅動齒輪與發動機飛輪上的輪齒相嚙合。
這級齒輪減速比約為15:1,也就是說,起動機電樞轉15轉,飛輪才轉1轉。如果使用了減速器,則情況又不一樣。一旦內燃機起動后,其速度比起動機高得多,如果起動機的驅動小齒輪仍然與飛輪嚙合在一起,則起動機將發生超速。比如,如果內燃機的速度為1000r/min,則起動機的速度將增高15倍,即15000r/min,這樣高的速度會損壞電樞。
為了防止這一點,已研制出各種各樣的機構,以便使齒輪在起動瞬間保持嚙合,而一旦內燃機起動之后,則齒輪馬上脫開。目前,大多數起動機采用正嚙合或稱預先嚙合起動;或者采用動極靴;或者采用減速機構。起動馬達裝置的標準本笛斯(Bendix)驅動機構。該機構可將驅動小齒輪自動地嚙合到飛輪的齒圈上,并在內燃機起動以后,自動地把驅動小齒輪脫開。驅動小齒輪安裝在有螺紋的套管(或稱中空軸)上,其螺紋與驅動小齒輪的內螺紋自由配合。
套管的一端與驅動彈簧用螺栓固定,驅動彈簧的另一端用螺栓固定在電樞軸上。當起動機不運行時,小齒輪與飛輪齒圈并不嚙合。一旦電路接通,起動機電樞開始旋轉。由于串激馬達的速度增長非??欤瑤菁y的套管因驅動彈簧的帶動而隨著電樞飛快轉動。但是,帶螺紋套管與驅動小齒輪是自由的螺紋配合,在一瞬間并未一起旋轉起來。其結果是套管在小齒輪旋轉起來以后,迫使小齒輪沿著螺紋套管向飛輪方向移動,并與飛輪齒圈嚙合在一起。