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可逆运行原理
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原电机驱动电枢绕组在主磁较N、S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁较N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。
直流电机(direct current machine)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
单较直流电机
homopolar machine 一种电枢导电部分始终工作于单一极性磁场中的直流电机。它是一种低压大电流无换向器的直流电机。 图[单较直流电机原理示意]示一台圆筒形电枢单较直流电机的原理结构。当两个环形励磁线圈通直流电时，电机气隙的整个圆周上将产生单一极性的磁场。当转轴带动圆筒形铜质电枢旋转时，枢轴向两端即感生电动势，其方向是固定不变的。此电动势由电刷从电枢两端引出。电刷的作用只是引出电流，无换向问题。由于电枢是一个铜环，*绝缘，它发热小，耐高热；加上这种电机结构简单、维护容易和可靠性高等优点，在冶炼及电化学行业中获得广泛应用。 单较直流电机电压低，电流大。电压只有几伏或十几伏，而电流可达几百安，几千安，甚至上万安。因此电刷的接触损耗和发热相当大，磨损也快。实用上应尽可能加多并联电刷的数目,采用接触电压降小的铜-石墨电刷，或用导电和导热更好的液态金属，如水银或钠钾合金等做电刷。 要提高单较直流电机电压，就必须提高气隙磁通密度和转速。转速受旋转体机械强度的限制，气隙磁通密度则受铁磁饱和限制，都不能过高。如采用**导技术则可使单机功率比普通电机提高十几倍以上 。
折叠转子电枢
（1）电枢铁心


电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成(冲片的形状如图8.8(a)所示)，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。



（2）电枢绕组


电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈(以下称元件)按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定，如图8.9所示。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。


（3）换向器


在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘，换向 图8.9 电枢槽的结构


片的紧固通常如图8.10所示，换向片的下部做成鸽 1—槽楔 2—线圈绝缘 3—电枢导体


尾形，两端用钢制V形套筒和V形云母环固定，再用 4—层间绝缘 5—槽绝缘 6—槽底绝缘


螺母锁紧。


4）转轴


转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。



图8.10 换向器结构


1—换向片 2—连接部分 图8.11 单叠绕组元件


1—首端 2—末端 3—元件边 4—端接部分 5—换向片
折叠直流电动机
导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。


图1.3 直流电动机的原理模型


当电枢转了180°后，导体 cd转到 N较下，导体ab转到S较下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。


图1.4 直流电动机原理模型


因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 较下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 较下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个较下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。
工作原理
折叠直流发电机
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。


感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。）


在图1.1所示瞬间，导体a b 、c d 的感应电动势方向分别由 b指向 a和由d 指向 c 。这时电刷 A呈正极性,电刷B 呈负极性。


图1.1 直流发电机原理模型


当线圈逆时针方向旋转180°时，这时导体c d 位于N 较下，导体a b 位于S 较下，各导体中电动势都分别改变了方向。


图1.2 直流发电机原理模型


从图看出，和电刷 A接触的导体永远位于 N较下，同样，和电刷 B接触的导体永远位于S 较下。因此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。

由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁较、换向较、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，阳春直流电机，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
电机分类
按结果主要分为直流电动机和直流发电机 按类型主要分为直流有刷电机和直流无刷电机。 直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。


折叠编辑本段励磁方式
折叠他励直流电机
励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，接线如图（a）所示。图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。永磁直流电机也可看作他励或自激直流电机，一般直接称作励磁方式为永磁。


折叠并励直流电机
并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图（b）所示。作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。


折叠串励直流电机
串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，接线如图（c）所示。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。


折叠复励直流电机
复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图（d）所示。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。


不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是他励和串励，其它励磁方式，在电子工业的不断完善下将逐渐被淘汰，直流发电机的主要励磁方式有他励、并励和复励方式。


折叠直流发电机
直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁电源等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电转换成直流电，但从某些工作性能方面来看，交流整流电源还不能完全取代直流发电机。

电机铭牌
国产电机型号一般采用大写的英文的汉语拼音字母的阿拉伯数字表示，其格式为：**部分用大写的拼音字母表示产品代号，*二部分用阿拉伯数字表示设计序号，*三部分用阿拉伯数字表示机座代号，*四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号。


以Z2---92为例：Z表示一般用途直流电动机；2表示设计序号，*二次改型设计；9表示机座序号；2电枢铁心长度符号。


**部分字符含义如下：


Z系列：一般用途直流电动机（如Z2 Z3 Z4 等系列）


ZY系列：永磁直流电机


ZJ系列：精密机床用直流电机


ZT系列：广调速直流电动机


ZQ系列：直流牵引电动机


ZH系列：船用直流电动机


ZA系列：防爆安全型直流电动机


ZKJ系列：挖掘机用直流电动机


ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机