直流電機的工作原理

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，這里稱作主磁極；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)

上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，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。定子與轉子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱為換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與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；
  電機內部的固定部分要有磁場。這個磁場可以是如圖示的磁鐵也可以是磁極鐵心上繞套線圈，再通過直流電產生磁場。其中 If 稱之為勵磁電流。這種線圈每個磁極上有一個，也就是，電機有幾個磁極就有幾個勵磁線圈，這幾個線圈串聯（或并聯）起來就構成了勵磁繞組。這里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將感應電勢，其大小與磁通密度 B 、導體的有效長度 l 和導體切割磁場速度 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。

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，并給兩個電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據電磁力定律，載流導體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，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，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。
   此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產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，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產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線圈構成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉矩的波動，繞組形式同發電機。

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，使電樞導體有電流流過。
電機內部有磁場存在。
載流的轉子（即電樞）導體將受到電磁力 f 的作用 f=Blia （左手定則）
所有導體產生的電磁力作用于轉子，使轉子以n(轉/分)旋轉，以便拖動機械負載。