直流电动机构成及工作原理

一、直流电动机构成

直流电动机由定子和转子两大部分组成。

（一）、 定子部分：

1)   机座  机座一般用导磁性能较好的铸钢件或钢板焊接而成。机座有两方面的作用：一方面起导磁作用，作为电机磁路的一部分。另一方面起安装、支撑作用。

2)   主磁极  主磁极通入直流励磁电流，产生电机工作的主磁场，它由主磁极铁心和励磁绕组组成。主磁极铁心为电机磁路的一部分，主磁极绕组的作用是通入直流电产生励磁磁场。

3)   换向磁极  换向磁极是位于两个主磁极之间的小磁极，又称为附加磁极，其作用是产生换向磁场，改善电机的换向。它由换向磁极铁心和换向磁极绕组组成。

4)   电刷装置  电刷装置的作用是通过电刷与换向器的滑动接触，把电枢绕组中的电动势（或电流）引到外电路，或把外电路的电压、电流引入电枢绕组。

（二）、 转子(电枢)：  直流电动机的转子又称电枢，它是产生感应电动势、电流、电磁转矩而实现能量转换的部件。

1)    电枢铁心 电枢铁心是直流电动机主磁路的一部分，在铁心槽中嵌放电枢绕组。电枢铁心一般采用硅钢片叠压而成。

2)    电枢绕组 电枢绕组的作用是通过电流产生感应电动势和电磁转矩实现能量转换。

3)    换向器 换向器的作用是将电枢中的交流电动势和电流转换成电刷间的直流电动势和电流，从而保证所有导体上产生的转矩方向一致。

4)    转轴 转轴作用是用来传递转矩。为了使电机能可靠地运行，转轴一般用合金钢锻压加工而成。

5)    风扇 风扇用来降低运行中电机的温升。

二、直流电动机的工作原理

直流电动机的工作原理如下：如下上图所示为最简单的直流电动机的原理图。其换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转子绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转子绕组cd中的电流从c流向d。转子载流导体在磁埸中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中ab边受力方向是向左，而cd则向右。由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受的电磁力的大小相等。这样转子线圈上受到的电磁力 f的作用而按逆时针方向旋转。当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零。因此，电磁力也等于零。但由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半圈之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab转到S极范围内，cd转到N极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到N极下的cd边中的电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流，则从b流向a。因此，电磁力f的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动。可见，分别在N，S极范围内的导体中的电流方向总是不变的。因此，线圈二边受力方向也不变。这样，线圈就可以按受力方向不停地旋转。这就是直流电动机的工作原理。

三、结论：

直流电机的运行是可逆的。即一台直流电机即可作为发电机运行，也可作为电动机运行。当它作为发电机运行时，外加转矩拖动转子旋转，绕组产生感应电动势，接通负载以后提供电流，从而将机械能转变成电能。当它作为直流电动机运行时，通电的绕组导体在磁场中受力，产生电磁转矩并拖动负载转动，从而将电能变成机械能。上图所示为他励电机。励磁绕组与电枢回路各自分开，励磁绕组由独立的直流电源供电。也有用永久磁铁作为主极磁场的电机，也可作他励。图中与电枢串接小磁极N、S为换向磁极。

要改变直流电动机的旋转方向，就需要改变直流电动机的电磁转矩方向，而电磁转矩决定于主极磁通和电枢电流的相互作用，故改变电动机转向的方法有二种：一是改变励磁电流的方向；另一种是改变电枢电流的方向。如果同时改变励磁电流和电枢电流的方向，则电机的转向不变。