2.1 直流電動機的工作原理

2.1.1 直流電動機的基本結構

1.直流電動機的用途

直流電動機將直流電能轉變為機械能，主要用于對調速要求較高的生產機械上，如軋鋼機、電車、電氣鐵道牽引、挖掘機械及紡織機械等。

直流發電機將機械能轉變為直流電能，可作為直流電動機、交流發電機的勵磁直流電源。

直流電動機的特點見表2-1。

2.直流電動機的結構構成

直流發電機與直流電動機在結構上無明顯區別。圖2-1所示為一臺兩極直流電動機從面對軸端看的剖面圖。直流電動機主要由定子和轉子構成，定子和轉子靠兩個端蓋連接，兩個端蓋分別固定在定子機座的兩端，支撐轉子，起保護定子、轉子的作用。

1）定子，主要包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等。

①機座，采用整體機座，起導磁和機械支撐作用，是主磁路的一部分，稱為定子磁軛。一般多采用導磁效果較好的鑄鋼材料制成，在小型直流電動機中也有用厚鋼板的。此外，主磁極、換向極以及兩個端蓋（中、小型電動機）都固定在電動機的機座上，依賴于機座的機械支撐。

② 主磁極，又稱為主極，其作用是在電樞表面外的氣隙空間產生一定形狀分布的氣隙磁通密度。

絕大多數直流電動機的主磁極都是由直流電流勵磁的，所以，主磁極上還裝有勵磁線圈。小容量直流電動機主磁極采用永久磁鐵，常常稱為永磁直流電動機。

勵磁線圈分為并勵和串勵兩種形式，其中，并勵線圈匝數多、導線細；串勵線圈匝數少、導線粗。磁極上的各個勵磁線圈可以分別連成并勵繞組和串勵繞組。

為了讓氣隙磁通密度沿電樞的圓周方向氣隙空間里分布更加合理，主磁極鐵心設計成特殊形狀，其中，較窄部分叫極身、較寬部分叫極靴。

③ 換向極，又稱為附加極，安裝在1 kW以上直流電動機的相鄰兩主磁極之間，以改善直流電動機的換向。其形狀比主磁極簡單，一般采用整塊鋼板制成，在換向極的外面套有換向極繞組，與電樞繞組串聯，流過的是電樞電流，匝數少、導線粗。

④ 電刷，把電動機轉動部分的電流引出到靜止的電樞電路或反過來將靜止的電樞電路里的電流引入旋轉的電路里。

電刷裝置需要與換向器配合，才能使交流電動機獲得直流電動機的效果。電刷放在電刷盒里，用彈簧壓緊在換向器上，電刷上有個銅辮，用于引入、引出電流。

2）轉子，主要包括電樞鐵心、電樞繞組、換向極、風扇、轉軸及軸承等，如圖2-2所示。

① 電樞鐵心，直流電動機主磁路的一部分，電樞旋轉時，鐵心中磁通方向發生變化，會在鐵心中引起渦流與磁滯損耗。通常采用0.5mm厚的低硅硅鋼片或冷軋硅鋼片沖成一定形狀的沖片，然后將這些沖片兩面涂上漆再疊裝起來形成電樞鐵心，安裝在轉軸上。電樞鐵心沿圓周上有均勻分布的槽，里面可嵌入電樞繞組。

②電樞繞組，利用包有絕緣的導線繞制成一個個電樞線圈（也稱為元件），每個元件有兩個出線端。電樞線圈嵌入電樞鐵心的槽中，每個元件的兩個出線端都與換向器的換向片相連，連接時都有一定的規律，構成電樞繞組。

③ 換向器，安裝在轉軸上，主要由許多換向片組成，每兩個相鄰的換向片中間是絕緣片，換向片數與線圈元件數相同。

3.直流電動機的勵磁方式

1）他勵式。直流電源獨立供電，永磁直流電動機就屬于這一類，主磁場由永久磁鐵建立，與電樞電流無關。

2）并勵式。勵磁繞組與電樞繞組并聯，勵磁繞組上的電壓與電樞繞組的端電壓相同。

3）串勵式。勵磁繞組與電樞繞組串聯，勵磁電流與電樞繞組電流相等，或等于電樞電流的分流。

4）復勵式。主磁極鐵心上裝有兩套勵磁繞組（串勵、并勵），分別與電樞繞組并聯、與電樞繞組串聯。復勵式分為積復勵式和差復勵式兩種，前者指的是串勵繞組與并勵繞組產生的磁通勢方向相同，后者指的是串勵繞組與并勵繞組產生的磁通勢方向相反。