| 本章以直流電機為主要討論對象，分析直流電機的工作原理、結構、電路、磁路、運行原理及換向等問題，為電力拖動系統提供元件的性能知識。
(1)旋轉電機是一種實現機電能量轉換的機電裝置
(2)電動機---把電能轉換為機械能
一.直流電動機的優點：
1.調速性能好 2.啟動轉矩較大
二.直流電動機的缺點：
1.制作工藝復雜 2.生產成本較高 3.維護較困難 4.可靠性較差
三.發展趨勢
隨著電力電子技術的發展
特別是大功率電力電子器件問世,微電子技術以及控制技術發展
直流發電機有逐步被整流電源取代的趨勢
直流電動機被交流電動機取代的趨勢
第一節 直流電機工作原理和結構
* 直流發電機的工作原理
* 直流電動機的工作原理
* 電機的可逆運行原理
一、直流電機的工作原理
1、電磁感應定理
在磁場中運動的導體將會感應電勢，若磁場、導體和導體的運動方向三者互相垂直 (圖1-1a)，  則作用導體中感應的電勢大小為：
e = B·l·v
|
符號 物理量 單位
B 磁場的磁感應強度 Wb/m2
v 導體運動速度 米/秒
l 導體有效長度 m
e 感應電勢 V |
圖1-1b
電勢的方向(圖1-1a)用右手定則 (圖1-1b) 確定  2.電磁力定律
載流導體在磁場中將會受到力的作用，若磁場與載流導體互相垂直 (圖1-1c)，作用在導體上的電磁力大小為：f = B·l·i
|
符號 物理量 單位
I 導體中的電流 A
l 導體有效長度 m
f 電磁力 N |
圖1-d 力的方向用左手定則
(一) 直流發電機的工作原理
1. 直流發電機的原理模型
1)交變電勢產生  
2)直流電勢產生
3)發電機工作原理
用原動機拖動電樞使之逆時針方向恒速轉動，線圈邊 a b 和 c d 分別切割不同極性磁極下的磁力線，感應產生電動勢
直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應產生的交變電動勢，
靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢
4)換向器(圖1.1.3)和電刷配合(圖1.1.4)的換向作用
圖1.1.3 換向器的構造
因為電刷 A 通過換向片所引出的電動勢
始終是切割 N 極磁力線的線圈邊中的電動勢
所以電刷 A 始終有正極性，同樣道理，電刷 B 始終有負極性
所以電刷端能引出方向不變但大小變化的脈振電動勢
5)結論
線圈內的感應電動勢是一種交變電動勢
而在電刷 A B 端的電動勢卻是直流電動勢
(二) 直流電動機的工作原理
1.直流電動機的原理模型（圖1.1.5）  要使電樞受到一個方向不變的電磁轉矩，關鍵在于：當線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以變換，
即進行所謂“換向”。
為此必須增添一個叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，就可以使電動機能連續的旋 轉,這就是直流電動機的工作原理
(三) 電機的可逆運行原理
從上述基本電磁情況來看：一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行,也可以作為發電機運行,這種原理在電機理論中稱為可逆原理
二、直流電機的結構
旋轉電機結構形式 , 必須有滿足電磁和機械兩方面要求的結構
旋轉電機必須具備靜止和轉動兩大部
1.直流電機靜止部分稱作定子
作用 -- 產生磁場
由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成
2. 直流電機轉動部分稱作轉子(通常稱作電樞)
圖1.1.7 直流電機電樞照片
作用 -- 產生電磁轉矩和感應電動勢
由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、軸和風扇等組成
(一) 直流電機的靜止部分
1.主磁極 圖1.1.9
主磁極是一種電磁鐵
用 1-1.5 毫米厚的鋼板沖片疊壓緊固而成的鐵心
2.換向極（又稱附加極或間極） 換向極圖片 圖1.1.10
圖1.1.1 主磁極和換向極示意圖
作用 -- 改善換向
換向極裝在兩主磁極之間，也是由鐵心和繞組構成
鐵心一般用整塊鋼或鋼板加工而成；換向極繞組與電樞繞組串聯
3.機座 機座通常由鑄鐵或厚鐵板焊成
有兩個作用：1)固定主磁極、換向極和端蓋；2)作為磁路的一部分。
機座中有磁通經過的部分稱為磁軛
4.電刷裝置 (圖1.1.12)
作用--把直流電壓、直流電流引入或引出
由電刷（圖1.1.13）、刷握、刷桿座和銅絲辮組成
(二) 直流電機的轉動部分
1.電樞鐵心 電樞鐵心裝配圖 圖1.1.14
兩個用處：1)作為主磁路的主要部分；
2)嵌放電樞繞組
通常用０.５ｍｍ厚的硅鋼片沖片疊壓而成
2.電樞繞組 元件及嵌放方法（圖1.1.16）
直流電機的主要電路部分
用以通過電流和感應產生電動勢以實現機電能量轉換
由許多按一定規律聯接的線圈組成
3.換向器 
圖1.1.3 換向器的構造
直流電機的重要部件
作用---將電刷上所通過的直流電流轉換為繞組內的交變電流或將繞組內的交變電動勢轉換為電刷端上的直流電動勢
直流電機的銘牌數據
一、什么是額定值
電機制造廠按國家標準的要求，對電機的一些電量或機械量所規定的數據（p1-3)
二、額定工況
電機運行時，有關電量和機械量都符合額定值的運行情況
三、額定值
額定功率 PN (W)
額定電壓 UN (V)
額定電流 IN (A)
額定轉速 n N (rpm)
額定勵磁電壓 U fN (V)
額定勵磁電流 IfN (A)和勵磁方式等
四、直流電動機的額定功率
軸上輸出機械功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積，再乘以電動機的效率
即：PN = U N I NηN
五、直流發電機的額定功率
電機出線端輸出的電功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積
即：PN = U N I N
直流電機的銘牌數據
一、什么是額定值
電機制造廠按國家標準的要求，對電機的一些電量或機械量所規定的數據（p1-3)
二、額定工況
電機運行時，有關電量和機械量都符合額定值的運行情況
三、額定值
額定功率 PN (W)
額定電壓 UN (V)
額定電流 IN (A)
額定轉速 n N (rpm)
額定勵磁電壓 U fN (V)
額定勵磁電流 IfN (A)和勵磁方式等
四、直流電動機的額定功率
軸上輸出機械功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積，再乘以電動機的效率
即：PN = U N I NηN
五、直流發電機的額定功率
電機出線端輸出的電功率 , 等于額定電壓和額定電流的乘積
即：PN = U N I N |
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