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，這裏稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉動部分有環形鐵心和繞在環形鐵心上的繞組。(其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導體電勢或電流的方向而設置的) 

　　上圖表示一台最簡單的兩(liang) 極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉部分（轉子）上裝設電樞鐵心。定子與(yu) 轉子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩(liang) 根導體(ti) 連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩(liang) 個(ge) 圓弧形的銅片上，此銅片稱為(wei) 換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體(ti) 稱為(wei) 換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與(yu) 轉軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與(yu) 外電路接通。

二.直流發電機的工作原理

直流發電機的原理圖

       直流發電機是機械能轉換為(wei) 直流電能的電氣設備。
       如何轉換？分以下步驟說明：
       設原動機拖動轉子以每分轉n轉轉動；
       電機內(nei) 部的固定部分要有磁場。這個(ge) 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(chan) 生磁場。其中 If 稱之為(wei) 勵磁電流。這種線圈每個(ge) 磁極上有一個(ge) ，也就是，電機有幾個(ge) 磁極就有幾個(ge) 勵磁線圈，這幾個(ge) 線圈串聯（或並聯）起來就構成了勵磁繞組。這裏要注意各線圈通過電流的方向不可出錯。在以上條件下環外導體(ti) 將感應電勢，其大小與(yu) 磁通密度 B 、導體(ti) 的有效長度 l 和導體(ti) 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子導體(ti) 的電勢性質是交流電。而經電刷輸出的電動勢確是直流電了。這便是直流發電機的工作原理。如下動畫演示：

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，並給兩(liang) 個(ge) 電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從(cong) 電刷 A 流入，經過線圈abcd，從(cong) 電刷 B 流出，根據電磁力定律，載流導體(ti) ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩(liang) 段導體(ti) 受到的力形成了一個(ge) 轉矩，使得轉子逆時針轉動。如果轉子轉到如上圖（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(cong) 電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從(cong) 電刷 B 流出。
　　此時載流導體(ti) 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(men) 產(chan) 生的轉矩仍然使得轉子逆時針轉動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由於(yu) 電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chan) 生的轉矩的方向卻是不變的。

　　 實用中的直流電動機轉子上的繞組也不是由一個(ge) 線圈構成，同樣是由多個(ge) 線圈連接而成，以減少電動機電磁轉矩的波動，繞組形式同發電機。如下動畫演示：

將直流電動機的工作原理歸結如下：

　　將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導體(ti) 有電流流過。
　　電機內(nei) 部有磁場存在。
　　載流的轉子（即電樞）導體(ti) 將受到電磁力 f 的作用 f=Blia （左手定則）
　　所有導體(ti) 產(chan) 生的電磁力作用於(yu) 轉子，使轉子以n(轉/分)旋轉，以便拖動機械負載。

§1.2直流電機的結構

　　這是一台國產(chan) 直流電機的結構裝配圖和結構剖麵圖。旋轉電機都是由定子和轉子兩(liang) 大部分組成，每一部分也都由電磁部分和機械部分組成，以便滿足電磁作用的條件。換向極用來改善換向。

　　旋轉電機 包括 定子(電磁部分,機械部分)和轉子(機械部分,電磁部分 )

　　定子：       
　　◇ 主磁極（勵磁繞組 主極鐵心）    
　　◇ 換向極（繞組和鐵心）   
　　◇ 機座    
　　◇ 端蓋  
　　◇ 電刷裝置   
　　轉子：     
　　◇ 電樞繞組
　　◇ 電樞鐵心
　　◇ 換向器
　　◇ 轉軸、風扇

　　●定子的主要部件包括：直流電機的定子由主磁極、機座、換向極、端蓋和電刷裝置等部件組成。

　　主磁極 主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數直流電機的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構成。主磁極鐵心靠近轉子一端的擴大的部分稱為(wei) 極靴，它的作用是使氣隙磁阻減小，改善主磁極磁場分布，並使勵磁繞組容易固定。為(wei) 了減少轉子轉動時由於(yu) 齒槽移動引起的鐵耗，主磁極鐵心采用1～1.5mm的低碳鋼板衝(chong) 壓一定形狀疊裝固定而成。主磁極上裝有勵磁繞組，整個(ge) 主磁極用螺杆固定在機座上。主磁極的個(ge) 數一定是偶數，勵磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按 N，S 極交替出現。
　　機座 ——機座有兩(liang) 個(ge) 作用，一是作為(wei) 主磁極的一部分，二是作為(wei) 電機的結構框架。 機座中作為(wei) 磁通通路疊部分稱為(wei) 磁軛。機座一般用厚鋼板彎成筒形以後焊成，或者用鑄鋼件（小型機座用鑄鐵件）製成。機座的兩(liang) 端裝有端蓋。

　　換向極 ——換向極是安裝在兩(liang) 相鄰主磁極之間的一個(ge) 小磁極，它的作用是改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產(chan) 生有害的火花。換向極結構和主磁極類似，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構成，並用螺杆固定在機座上。換向極的個(ge) 數一般與(yu) 主磁極的極數相等，在功率很小的直流電機中，也有不裝換向極的。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯的，要流過較大的電流，因此和主磁極的串勵繞組一樣，導線有較大的截麵。

　　端蓋 —— 端蓋裝在機座兩(liang) 端並通過端蓋中的軸承支撐轉子，將定轉子連為(wei) 一體(ti) 。同時端蓋對電機內(nei) 部還起防護作用。

　　電刷裝置——電刷裝置是電樞電路的引出（或引入）裝置，它由電刷，刷握，刷杆和連線等部分組成，右圖所示，電刷是石墨或金屬石墨組成的導電塊，放在刷握內(nei) 用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表麵，旋轉時與(yu) 換向器表麵形成滑動接觸。刷握用螺釘夾緊在刷杆上。每一刷杆上的一排電刷組成一個(ge) 電刷組，同極性的各刷杆用連線連在一起，再引到出線盒。刷杆裝在可移動的刷杆座上，以便調整電刷的位置。
　　●轉子的主要部件包括：

       直流電機的轉動部分稱為(wei) 轉子，又稱電樞。轉子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸、軸承、風扇等。

　　電樞鐵心 —— 電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內(nei) 。為(wei) 減少電樞鐵心內(nei) 的渦流損耗，鐵心一般用厚0.5mm且衝(chong) 有齒、槽的型號為(wei) DR530或DR510的矽鋼片疊壓夾緊而成，如左圖所示。小型電機的電樞鐵心衝(chong) 片直接壓裝在軸上，大型電機的電樞鐵心衝(chong) 片先壓裝在轉子支架上，然後再將支架固定在軸上。為(wei) 改善通風，衝(chong) 片可沿軸向分成幾段，以構成徑向通風道。

　　電樞繞組——電樞繞組由一定數目的電樞線圈按一定的規律連接組成，他是直流電機的電路部分，也是感生電動勢，產(chan) 生電磁轉矩進行機電能量轉換的部分。線圈用絕緣的圓形或矩形截麵的導線繞成，分上下兩(liang) 層嵌放在電樞鐵心槽內(nei) ，上下層以及線圈與(yu) 電樞鐵心之間都要妥善地絕緣（右圖），並用槽楔壓緊。大型電機電樞繞組的端部通常緊紮在繞組支架上。

　　換向器——前麵已經指出，在直流發電機中，換向器起整流作用，在直流電動機中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機的關(guan) 鍵部件之一。換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成一個(ge) 圓筒，其間用雲(yun) 母片絕緣，兩(liang) 端再用兩(liang) 個(ge) V形環夾緊而構成，如圖3－10所示。每個(ge) 電樞線圈首端和尾端的引線，分別焊入相應換向片的升高片內(nei) 。小型電機常用塑料換向器，這種換向器用換向片排成圓筒，再用塑料通過熱壓製成。