2.1 直流电动机的工作原理

2.1.1 直流电动机的基本结构

1.直流电动机的用途

直流电动机将直流电能转变为机械能，主要用于对调速要求较高的生产机械上，如轧钢机、电车、电气铁道牵引、挖掘机械及纺织机械等。

直流发电机将机械能转变为直流电能，可作为直流电动机、交流发电机的励磁直流电源。

直流电动机的特点见表2-1。

2.直流电动机的结构构成

直流发电机与直流电动机在结构上无明显区别。图2-1所示为一台两极直流电动机从面对轴端看的剖面图。直流电动机主要由定子和转子构成，定子和转子靠两个端盖连接，两个端盖分别固定在定子机座的两端，支撑转子，起保护定子、转子的作用。

1）定子，主要包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。

①机座，采用整体机座，起导磁和机械支撑作用，是主磁路的一部分，称为定子磁轭。一般多采用导磁效果较好的铸钢材料制成，在小型直流电动机中也有用厚钢板的。此外，主磁极、换向极以及两个端盖（中、小型电动机）都固定在电动机的机座上，依赖于机座的机械支撑。

② 主磁极，又称为主极，其作用是在电枢表面外的气隙空间产生一定形状分布的气隙磁通密度。

绝大多数直流电动机的主磁极都是由直流电流励磁的，所以，主磁极上还装有励磁线圈。小容量直流电动机主磁极采用永久磁铁，常常称为永磁直流电动机。

励磁线圈分为并励和串励两种形式，其中，并励线圈匝数多、导线细；串励线圈匝数少、导线粗。磁极上的各个励磁线圈可以分别连成并励绕组和串励绕组。

为了让气隙磁通密度沿电枢的圆周方向气隙空间里分布更加合理，主磁极铁心设计成特殊形状，其中，较窄部分叫极身、较宽部分叫极靴。

③ 换向极，又称为附加极，安装在1 kW以上直流电动机的相邻两主磁极之间，以改善直流电动机的换向。其形状比主磁极简单，一般采用整块钢板制成，在换向极的外面套有换向极绕组，与电枢绕组串联，流过的是电枢电流，匝数少、导线粗。

④ 电刷，把电动机转动部分的电流引出到静止的电枢电路或反过来将静止的电枢电路里的电流引入旋转的电路里。

电刷装置需要与换向器配合，才能使交流电动机获得直流电动机的效果。电刷放在电刷盒里，用弹簧压紧在换向器上，电刷上有个铜辫，用于引入、引出电流。

2）转子，主要包括电枢铁心、电枢绕组、换向极、风扇、转轴及轴承等，如图2-2所示。

① 电枢铁心，直流电动机主磁路的一部分，电枢旋转时，铁心中磁通方向发生变化，会在铁心中引起涡流与磁滞损耗。通常采用0.5mm厚的低硅硅钢片或冷轧硅钢片冲成一定形状的冲片，然后将这些冲片两面涂上漆再叠装起来形成电枢铁心，安装在转轴上。电枢铁心沿圆周上有均匀分布的槽，里面可嵌入电枢绕组。

②电枢绕组，利用包有绝缘的导线绕制成一个个电枢线圈（也称为元件），每个元件有两个出线端。电枢线圈嵌入电枢铁心的槽中，每个元件的两个出线端都与换向器的换向片相连，连接时都有一定的规律，构成电枢绕组。

③ 换向器，安装在转轴上，主要由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片，换向片数与线圈元件数相同。

3.直流电动机的励磁方式

1）他励式。直流电源独立供电，永磁直流电动机就属于这一类，主磁场由永久磁铁建立，与电枢电流无关。

2）并励式。励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组上的电压与电枢绕组的端电压相同。

3）串励式。励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流与电枢绕组电流相等，或等于电枢电流的分流。

4）复励式。主磁极铁心上装有两套励磁绕组（串励、并励），分别与电枢绕组并联、与电枢绕组串联。复励式分为积复励式和差复励式两种，前者指的是串励绕组与并励绕组产生的磁通势方向相同，后者指的是串励绕组与并励绕组产生的磁通势方向相反。