圖9-1是直流電動(dòng)機(jī)(direct current motor)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中N極和S極是一對(duì)固定不動(dòng)的磁極,用以產(chǎn)生所需要的磁場(chǎng)。 除容量很小的電動(dòng)機(jī)是用永久磁鐵做成磁極外,對(duì)于容量較大一些的電動(dòng)機(jī),磁場(chǎng)都是由直流勵(lì)磁電流通過繞在磁極鐵心上的勵(lì)磁繞組產(chǎn)生。為了使圖面清晰起見,圖中只畫出了磁極的鐵心,沒有畫出勵(lì)磁繞組。在N極和S極之間有一個(gè)可以繞軸旋轉(zhuǎn)的繞組,直流電動(dòng)機(jī)的這一部分稱為電樞。 實(shí)際電動(dòng)機(jī)中的電樞繞組嵌放在鐵心槽內(nèi),電樞繞組中的電流稱為電樞電流,圖中只畫出了代表電樞繞組的一個(gè)線圈,沒有畫出電樞鐵心。線圈兩端分別與兩個(gè)彼此絕緣而且與線圈同軸旋轉(zhuǎn)的銅片連接,銅片上又各壓著一個(gè)固定不動(dòng)的電刷。

如圖9-1所示那樣將電樞繞組通過電刷接到直流電源上,繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相連,這時(shí)便有電流從電源的正極流出,經(jīng)電刷A流人電樞繞組,然后經(jīng)電刷B流回電源的負(fù)極。在圖9-1(a)所示位置上,線圈的ab邊在N極下,cd邊在S極下,電樞繞組中的電流沿著a一b-+c-d的方向流動(dòng)。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F,其方向可用左手定則來判斷。這一對(duì)電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。麗尋遜佩餐潛習(xí)當(dāng)電樞繞組的ab邊轉(zhuǎn)到了 S極下,cd邊轉(zhuǎn)到了 N極下,如果線圈中電流的方向仍然不變,那么作用在這兩個(gè)線圈邊上的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向就會(huì)與原來的方向相反,電動(dòng)機(jī)便無法旋轉(zhuǎn)。為此,必須改變電樞繞組中電流的方向,這一任務(wù)由連接在線圈兩端的銅片和電刷來完成。從圖9-1(b)中可以看到,由于原來與電刷A相接觸的線圈a端的銅片現(xiàn)在已改成與電刷B接觸,而原來與電刷B相接觸的線圈d端的鋼片現(xiàn)在已改成與電刷A接觸,因而電樞繞組中的電流變成沿d一c一b-a的方向流動(dòng)。利用左手定則判斷出:電磁力及電磁轉(zhuǎn)矩仍然使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

由此可見,在直流電動(dòng)機(jī)中,為了產(chǎn)生方向始終如一的電磁轉(zhuǎn)矩,外部電路中的直流電流必須改變成電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的交流電流,這一過程稱為電流的換向。換向用的銅片稱為換向片。互相絕緣的換向片組合的總體稱為換向器。

在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下,電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械沿著與電磁轉(zhuǎn)矩相同的方向旋轉(zhuǎn)時(shí),電動(dòng)機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率。 與此同時(shí),由于電樞繞組旋轉(zhuǎn),線圈ab和cd邊切割磁場(chǎng)線產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)右手定則,其方向與電樞電流的方向相反,故稱反電動(dòng)勢(shì)。 電源只有克服這一反電動(dòng)熱才能向電動(dòng)機(jī)輸出電流。因此,電動(dòng)機(jī)向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率的同時(shí),電源卻向電動(dòng)機(jī)輸出電功率?？梢?在這種情況下,電動(dòng)機(jī)起看將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的作用,也就是說,電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。