直流电机的构造与原理

1、构造

直流电动机的部件主要包括：磁极、电枢、换向器等，其结构分别如图。

图1 直流电动机结构	图2 直流电动机磁极	图3 直流电动机换向器

磁极即为直流电动机的定子部分，用来产生不转动的磁场。它分为极心和极掌两部分，极心上放置励磁绕组，励磁绕组需要接一直流电源。有的小型直流电动机的磁极由永磁铁制成。

电枢即为直流电动机的转子部分，它是电磁感应的受力部件。电枢上有电枢绕组，电枢绕组也需要接一直流电源。

换向器的作用是通过适时改变电流方向，将电枢所受的交变转矩转化为同向转矩。它是识别直流电机的标志。

2、原理

直流电机既可以作为发电机，又可以作为电动机使用。

（1）直流发电机的基本工作原理

图中是直流发电机的原理图。在静止的磁极N、S之间，有一个能转动的圆柱形铁芯，叫电枢。其上缠绕一匝线圈，线圈两端分别连接在两个相互绝缘的半圆形铜片上，该半圆形铜片叫换向片。由各个换向片组成换向器，换向器上压着静止不动的电刷，线圈通过电刷与外电路相连。电枢在外力带动下逆时针旋转时，线圈切割磁感线，产生感应电动势。在图a所示瞬间，根据楞次定律，不难判定线圈中产生的动生电动势方向如图a中箭头所示，A为正极，B为负极。

（a）导体ab处在N极下时	（b）导体cd处在N极、ab在S极下时
图4 直流发电机原理
（a）单个线圈所产生电动势波形	（b）两个线圈所产生电动势波形
图5 直流发电机电动势波形图图

当电枢转过90°时，线圈两边位于磁场物理中性面上，不切割磁感线，动生感应电动势为零，电刷同时接触两个换向片，线圈短接，但线圈中无电流通过。线圈转过物理中性面后，感应电动势的方向为从a到b、从c到d，与a图中恰好相反，但电刷A依然为正极，B为负极。可见A、B电刷间的电动势方向一致，其波形如上图5（a）。

外电路获得的电动势方向虽然不变，但数值却在零与最大值之间变化。为了减小电动势的波动，可以在电枢上增加线圈数和换向片数，通过这些线圈的电动势的叠加，使波动程度降低。图（b）是线圈增加至两个，方位正交，换向片相应增加至两个的电枢，所产生的波形。实际应用中的直流电机，线圈数很多，电动势的波动很小，可以认为是恒定不变的直流电动势。

可在直流发电机输出端加一滤波器以滤除剩余的波动成分，使输出的直流电更加纯粹。

（2）直流电动机的基本工作原理

图为直流电动机的原理图。

图6 直流电动机原理

把电刷A、B接上直流电源，电流从A流入线圈，从B流出。用安培左手定则可判断出，线圈ab边受力向左，cd边受力向右，从而形成转矩。通过电刷与换问器，可以使得电枢总是获得逆时针转动的转矩，从而保持转动方向不变。显然转矩波形也存在发电机电枢电动势波形那样的波动情况，同样可以通过增加线圈数和换向片数使转矩波形趋近于水平直线。