发电机的工作原理图

一、揭示直流电机的物理模型图

让我们一同这幅直流电机的物理模型图。这幅图为我们呈现了一台简洁的两极直流电机模型。在这幅图中，你可以看到固定部分，也就是定子，上面装设了一对由直流励磁驱动的静止主磁极N和S。而在旋转部分，也就是转子，装设了电枢铁心。在这两者之间，存在一个气隙。电枢铁心上连接了由A和X两根导体形成的电枢线圈，其首末端分别连接到两个圆弧形的铜片上，这些铜片被称为换向片。这些换向片互相绝缘，它们整体构成了换向器，并固定在转轴上。当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路连接。

二、解读直流发电机的工作原理

直流发电机是一个能将机械能转化为直流电能的神奇设备。它的工作原理是怎样的呢？设原动机驱动转子以每分转n转转动。在电机内部，我们需要一个磁场，这个磁场可以由磁铁产生，也可以由磁极铁心上绕套的线圈通过直流电产生。这个线圈被称为励磁绕组。当导体在磁场中转动时，会感应出电势，其大小与磁通密度、导体的有效长度和导体切割磁场速度有关。这个电势的方向可以通过右手定则来判断。需要注意的是，虽然转子导体的电势是交流电，但经过电刷输出的电动势却是直流电。这就是直流发电机的工作原理。

三、理解直流电动机的工作原理

现在我们来直流电动机的工作原理。如果去掉原动机，给两个电刷加上直流电源，就可以使直流电机工作。电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出。根据电磁力定律，载流导体受到电磁力的作用，其方向可以通过左手定则来判断。这些力形成了一个使转子逆时针转动的转矩。无论转子转到哪个位置，电流的方向和电磁力的方向都会使转子持续转动。这就是直流电动机的工作原理。虽然外加的是直流电源，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流动的电流实际上是交流的，但其产生的转矩方向却保持不变。

四、直流电机的结构

让我们一同观察这台国产直流电机的结构装配图和结构剖面图。所有的旋转电机都由定子和转子两大部分组成，每一部分都由电磁部分和机械部分组成，以满足电磁作用的需求。定子包括主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置等部件。而转子则包括电枢绕组、电枢铁心、换向器和转轴等部件。这些部件共同协作，使得电机能够正常运作。定子的主要任务是建立主磁场，这一任务通常由主磁极完成。大多数直流电机的主磁极并不是使用永久磁铁，而是通过励磁绕组通以直流电流来产生磁场。这样的结构使得气隙磁阻减小，改善了主磁极的磁场分布，也使得励磁绕组更容易固定。为了提升电机性能，特别关注减少转子转动时的铁耗。主磁极铁心采用低碳钢板冲压叠装，其厚度控制在1至1.5毫米之间，以确保精确的形状固定。这些精心设计的铁心被螺杆固定在电机的重要结构框架机座上。机座的构造独特，不仅承载着主磁极，还作为电机的整体框架。其中，作为磁通路的叠装部分被称为磁轭。

机座两端装有端盖，这些端盖不仅支撑着转子，使定子和转子形成一体，还保护电机内部免受外界影响。换向极是安装在两相邻主磁极间的小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，确保电机运行时不会产生有害火花。这个关键部件的结构与主磁极相似，由换向极铁心和绕组构成，并固定在机座上。换向极的个数通常与主磁极的极数一致。

电刷装置是电枢电路的引入或引出装置，它由电刷、刷握、刷杆和连线等组成。电刷由石墨或金属石墨制成，在换向器表面形成滑动接触。每一刷杆上的一排电刷构成一个电刷组，同极性的刷杆通过连线连在一起，再引出到出线盒。电刷装置的位置可以通过移动刷杆座进行调整。

接下来我们转向转子的主要部件。直流电机的转动部分即转子，又称电枢。它包含电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承和风扇等。电枢铁心不仅是主磁路的一部分，也是电枢绕组的支撑部分。为减少铁心中的涡流损耗，该铁心由硅钢片叠压而成，这些硅钢片的厚度仅为0.5毫米，并冲有齿槽。小型电机的电枢铁心直接压在轴上，而大型电机的则先压在转子支架上，再固定到轴上。

电枢绕组是直流电机中进行机电能量转换的关键部分，它由一定数量的电枢线圈按一定规律连接组成。这些线圈嵌放在电枢铁心的槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都有良好的绝缘。换向器在直流电机中起着关键的作用，无论是发电机还是电动机，它都扮演着整流或逆变的角色。它是由许多换向片排成的圆筒构成，这些换向片具有鸽尾形，并用云母片绝缘。

整体来看，这台电机的设计精巧且高效，各个部件的协同作用确保了电机的稳定运行和优秀的性能表现。从机座的坚固结构到转子的精密设计，每一个细节都体现了工程师们的匠心独运和对性能的执着追求。