直流電機的工作原理

一.直流電機的物理模型圖解釋：

 這是分析直流電機的物理模型圖。

其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的)

上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。

二.直流發(fā)電機的工作原理
 
直流發(fā)電機的原理圖

  直流發(fā)電機是機械能轉(zhuǎn)換為直流電能的電氣設(shè)備。
  如何轉(zhuǎn)換？分以下步驟說明：
  設(shè)原動機拖動轉(zhuǎn)子以每分轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動；
  電機內(nèi)部的固定部分要有磁場。這個磁場可以是如圖示的磁鐵也可以是磁極鐵心上繞套線圈，再通過直流電產(chǎn)生磁場。其中 If 稱之為勵磁電流。這種線圈每個磁極上有一個，也就是，電機有幾個磁極就有幾個勵磁線圈，這幾個線圈串聯(lián)（或并聯(lián)）起來就構(gòu)成了勵磁繞組。這里要注意各線圈通過電流的方向不可出錯。在以上條件下環(huán)外導(dǎo)體將感應(yīng)電勢，其大小與磁通密度 B 、導(dǎo)體的有效長度 l 和導(dǎo)體切割磁場速度 v 三者的乘積成正比，其方向用右手定則判斷。
  但是要注意某一根轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢性質(zhì)是交流電。而經(jīng)電刷輸出的電動勢確是直流電了。這便是直流發(fā)電機的工作原理。

動畫演示

三.直流電動機的工作原理：

直流電動機的原理圖


   對上一頁所示的直流電機，如果去掉原動機，并給兩個電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。
   此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。
   實用中的直流電動機轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。

動畫演示

將直流電動機的工作原理歸結(jié)如下：
將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流流過。
電機內(nèi)部有磁場存在。
載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力 f 的作用 f=Blia （左手定則）
所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)，以便拖動機械負載。