直流电机的工作原理解析

图3-2所示为一台两极直流电动机模型，由矩形线圈、磁铁、换向器、电刷、转轴和支撑机构构成。直流电源通电后，直流电流将在由换向器、电刷与矩形线圈构成的电气回路中流动，直流电流的流动方向与磁体所产生的磁场相互垂直，由电磁感应定律可知，线圈中两个等效的载流导体在磁场中产生的电磁力F=BIl，作用在线圈中的电磁转矩T为

T=BIlD （3-1）

式中，B为导体所处位置的磁通密度；I为线圈中通过的电流；l为线圈导体的有效长度；D为线圈的有效直径。

线圈中两个等效载流导体在磁场中产生的电磁力矩相互叠加，带动线圈绕着转轴做圆周运动，这就是直流电动机的工作原理。

直流电源通过换向器和电刷连接至线圈的载流导体中，当线圈在原动机的拖动下产生旋转运动时，矩形线圈导体在永磁体中运动，“切割”永磁体的磁力线，根据电磁感应定律，导体内将产生感应电动势e=Blv，其中v为导体的线速度。在图3-2所示的两极直流发电机模型中，导体A处于N极下，根据右手定则，导体内的感应电动势由纸面穿出；导体X与导体A恰好相反，整个线圈所产生的电动势e_XA=2Blv，线圈产生的电动势通过换向器和电刷输出而产生直流电，这就是直流发电机的工作原理。(www.xing528.com)

图3-2 两极直流电动机模型

从直流电动机和直流发电机的原理来看，这两种类型的电机存在一定意义上的关联性。两种类型电机的核心元器件保持一致，均为线圈、磁极、换向器和电枢。线圈电源、磁极产生的磁场与电机转速和转矩存在相互“关联”和“可逆”的关系，提供矩形线圈电源和磁极产生的磁场，可得到电机的转速和转矩，这种状态为电动机状态；提供磁极产生的磁场、电机的转速和转矩，可得到电机矩形线圈电源，这种状态为发电机状态。

直流电机磁极可以由永磁体或电磁绕组产生，用永磁体产生磁极的电机为永磁直流电机。为了减少感应电动势和电磁转矩的脉动，实际的电枢和励磁绕组是由很多个线圈串联而构成的。