直流发电机的工作原理详解

图2.7所示为直流发电机模型。在图2.7中磁极固定不动，称为直流发电机的定子。固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈连同导磁圆柱体是直流发电机的可转动部分，称为电机转子（又称电枢）。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同转动的导电片上，该导电片称为换向片。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。在定子与转子间有间隙存在，称为空气隙，简称气隙。

在模型中，当有原动机拖动转子以一定的转速逆时针旋转时，根据电磁感应定律可知，在线圈两个有效边ab、cd中将产生感应电动势。每边导体感应电动势的大小可通过式（2.1）求得：

式中，Bx为导体所处的磁通密度，单位为Wb/m2；l为导体ab或cd的有效长度，单位为m；v为导体ab或cd与Bx间的相对线速度，单位为m/s；e为导体感应电动势，单位为V。

导体中感应电动势的方向可用右手定则确定。在逆时针旋转情况下，如图2.7（a）所示，导体ab在N极下，感应电动势的极性为a点高电位，b点低电位；导体cd在S极上，感应电动势的极性为c点高电位，d点低电位，在此状态下电刷A的极性为正，电刷B的极性为负。如图2.7（b）所示，当线圈旋转180°，导体ab在S极上，感应电动势的极性为a点低电位，b点高电位；而导体cd则在N极下，感应电动势的极性为c点低电位，d点高电位，此时虽然导体中的感应电动势方向已改变，但由于原来与电刷A接触的换向片已经与电刷B接触，而与电刷B接触的换向片同时换到与电刷A接触，因此电刷A的极性仍为正，电刷B的极性仍为负。(www.xing528.com)

图2.7　直流发电机模型

综上分析可知，与电刷A接触的导体总是位于N极下，与电刷B接触的导体总是在S极上，因此电刷A的极性总为正，而电刷B的极性总为负，在电刷两端可获得直流电动势。

实际直流发电机的电枢是根据实际应用情况需要有多个线圈，线圈分布于电枢铁芯表面的不同位置上，并按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替放置多对。