直流电机的基本工作原理

 
    直流励磁的磁路在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器
等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电
池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业
部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速
度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常
是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，
向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机
等。虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同，但是它们的结构基本上一样，都是利用

 

电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。
       
    直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题，消耗有色金属较多，成本高，运行中的
维护检修也比较麻烦。因此，电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能，并且大
量代替直流电动机。不过，近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面，已经取得
了很大进展。包括直流电机在内的一切旋转电机，实际上都是依据我们所知道的两条基本
原则制造的。一条是：导线切割磁通产生感应电动势；另一条是：载流导体在磁场中受到
电磁力的作用。因此，从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。从上述原理
可见，任何电机都体现着电和磁的相互作用，是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。我

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们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理，就是讨论直流电机中的 磁 和 电 如何
相互作用，相互制约，以及体现两者之间相互关系的物理量和现象（电枢电动势、电磁转

 

矩、电磁功率、电枢反应等）。

    

 

 

一、 直流发电机的基本工作原理

     直流发电机和直流电动机具有相同的结构，只是直流发电机是由原动机（一般是交流
电动机）拖动旋转而发电。可见，它是把机械能变为电能的设备。直流电动机则接在直流
电源上，拖动各种工作机械（机床、泵、电车、电缆设备等）工作，它是把电能变为机械能
的设备。但是，当前已经有可控硅整流装置替代了直流发电机，为了能使大家更好的理解

 

直流电动机，有必要同时讲述一下直流发电机的原理。

     

 

我们首先来观察直流发电机是怎样工作的。

     如图 1 所示，电刷 A、B 分别与两个半园环接触，这时 A、B 两电刷之间输出的是直流
电。我们再来看看这时线圈在磁极之间运动的情况。从图 1（a）可以看出，当线圈的 ab
边在 N 极范围内按逆时针方向运动时，应用发电机右手定则，这时所产生的电动势是从
b 指向 a。这时线圈的 cd 边则是在 S 极范围内按逆时针方向运动，依据发电机右手定则可
以判断，cd 边中的感应电动势方向是从 d 指向 c。从整个线圈来看，感应电动势的方向是
d-c-b-a。因此，和线圈 a 端连接的铜片 1 和电刷 A 是处于正电位；而和线圈的 d 端连接的
铜片 2 和电刷 B 是处于负电位。如果接通外电路，那么电流就从电刷 A 经负载流入电刷
B

 

，与线圈一起构成闭合的电流通路。

当线圈的 ab 边转到 S 极范围内时，cd 边就转到 N 极范围内（图 1，b），用右手定则判
断可以知道，这时线圈 cd 边中产生的电动势方向是从 c 到 d，而 ab 边转到了 S 极范围内，
其中电动势的方向则是有 a 到 b。由于电刷在空间是不动的，因此和线圈 d 端连接的铜片