直流电机报告

第一篇：直流电机报告

《电机与电力拖动》

课程设计报告

设计题目： 直流电动机制动设计 学生姓名： 尤鹏达

专业班级： 14本科电气（1）班

学 号： 1412406502029 指导教师： 胡林林 课程设计时间： 2017.3.13-2017.3.17

目 录

一、设计目的...........................................................1

二、系统设计要求.......................................................1

三、正文...............................................................2

（一）、直流电动机的基本结构和工作原理................................2

（二）、反接制动......................................................3

（三）、回馈制动......................................................5

（四）、能耗制动......................................................6

（五）、参数设定和计算...............................................11

四、总 结............................................................12

五、参考文献..........................................................13

《直流电动机制动设计》课程设计报告

摘 要: 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其优良的起动、调速和制动性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。直流电动机有三种制动状态：能耗制动、反接制动(电压反向反接和电动势反向反接)和回馈制动。本文在直流电动机的结构与工作原理的基础上，给出了电机制动的定义，对电机制动的方法进行了简单介绍，并着重分析了他励直流电动机制动的三种制动状态，通过一系列实验重点介绍能耗制动。关键词:直流电动机；能耗制动；反接制动；回馈制动

一、设计目的

1、通过课程设计，对所学的直流电机的工作原理及其制动方式进行的复习与总结，巩固所学的理论知识。

2、通过本次课程设计提高学生分析问题和解决问题的能力。

3、学会使用网络资源进行相关文献和资料的查找。

4、培养团队合作的精神。

二、系统设计要求

能耗制动是一种制动形式。又分为直流电机的能耗制动和交流电机的能耗制动。他励直流电机的能耗制动：电动机在电动状态运行时若把外施电枢电压U突然降为零，而将电枢串接一个附加电阻R，即将电枢两端从电网断开，并迅速接到一个适当的电阻上。电动机处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻上。随着动能的消耗，转速下降，制动转矩也越来越小，因此这种制动方法在转速还比较高时制动作用比较大，随着转速的下降，制动作用也随着减小。

能耗制动又分两种，分别用于不同场合：迅速停机和下放重物。若电动机拖动的是反抗性恒转矩负载，则通过迅速停机的方法进行能耗制动，若拖动位能性恒转矩负载，则通过下放重物进行能耗制动。

能耗制动是一种常见的制动方法，广泛应用在工业生产中，有优点同时也存在着缺点，在这份课程设计中，我们将会仔细分析能耗制动是怎么实现的，使得我们更好的了解和利用它，同时尽最大努力提出改进。

三、正文

直流电动机的启动·制动的动态性能好，可以在很多快速调速的场合应用。在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者从某高速降到某低速运转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题。实现制动有两种方法，机械制动和电磁制动。电磁制动是使电机在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩,其特点是制动转矩大,操作控制方便。直流电机的电磁制动类型有能耗制动、反接制动和回馈制动。

（一）、直流电动机的基本结构和工作原理

直流电动机可分为两部分：定子与转子。其中定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。如下图所示：

+FinAB-（1）、定子

φNib ciadSφ F电动机模型

图1-1电动机模型

定子就是发动机中固定不动的部分，它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。主磁极是由主磁极铁芯（极心和极掌）和励磁绕组组成，其作用是用来产生磁场。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理，并用来阻挡励磁绕组。主磁极用硅钢片叠成，固定在机座上。机座也是磁路 的一部分，常用铸钢制成。电刷是引入电流的装置，其位置固定不变。它与转动的交换器作滑动连接，将外加的直流电流引入电枢绕组中，使其转化为交流电流。

直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场，是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系确定。在微型直流电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。

（2）、转子

转子是电动机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。电枢是电动机中产生感应电动势的部分，主要包括电枢铁芯和电枢饶组。电枢铁芯成圆柱形，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放电枢绕组。通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用，驱动转子旋转，起了能量转换的枢纽作用，故称“电枢”。

换向器又称整流子，是直流电动机的一种特殊装置。它是由楔形铜片叠成，片间用云母垫片绝缘。换向片嵌放在套筒上，用压圈固定后成为换向器再压装，在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。

在换向器表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来，并实现将外部直流电流转化为电枢绕组内的交流电流。

（二）、反接制动

反接制动可用两种方法实现，即转速反向（用于位能负载）与电枢反接（一般用于反抗性负载）。

（1）、转速反向的反接制动

他励直流电动机拖动位能性负载，如起重机下放重物时，若在电枢回路串入大电阻，致使电磁转矩小于负载转矩，这样电机将被制动减速，并被负载反拖进入第Ⅳ象限运行。

特点：RΩ较大，使TstTZ电枢电路的电压平衡方程式变为Ia(RaRΩ)U(Ea)UEa转速反向的反接制动特性方程式为nn0 RaRΩT<0(n为负）2CeCT 3

图1-2转速反向的反接制动电路图

转速反向的反接制动的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的部分。

由曲线知，因TstTZ重物加速下放，直到D点TTZ时，获得稳速下放（一般nn0）

由于UEa可达到2UN,R必须较大，限制Ia，同时保证TstTZ，由Ia2(RaRΩ)UIaEaIa上式表明，UIa与EIa两者之和消耗在电枢电路的电阻RaRΩ 上。

（2）、电枢反接的反接制动

图1-3电枢反接的反接制动图

特点：U<0,RRaRΩ 机械特性：nn0RaRΩT 2CeCT电枢反接的反接制动机械特性是一条过-n0 的直线，在第二象限部分(BC段)。（n为正，T为负）

（三）、回馈制动

（1）、正向回馈制动

他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工作点经过第II象限，如图中的BC段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得Ea>U,电流方向改变，电能从电动机回馈到电源。

在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速，Ea增大，超过U以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。

(2)、反向回馈制动

他励电动机拖动势能性恒转矩负载运行。

反接电源电压并给电枢支路串入限流电阻。工作点将会稳定在第iv象限。在D点，电动机的转速高于理想空载转速，Ea>U，电流流向电源，属于反向回馈制动。

反向回馈制动常用于高速下放重物时限制电机转速。

（四）、能耗制动

（1）、制动方法制动和制动过程

直流电动机的制动方式有多种：能耗制动、反接制动和回馈制动。在此我们选择的研究方向是能耗制动。

直流电动机开始制动后，电动机的转速从稳态转速到零或反向一个转速值（下放重物的情况）的过程称为制动过程。对于电动机来讲，我们有时候希望它能迅速制动，停止下来，如在精密仪器的制动过程中，液晶显示屏幕的切割等等，但有的时候我们却希望电机能够慢慢地停下来，利用惯性来工作。于是，直流电动机能耗制动又分为迅速停机和下放重物两种方式。

（2）、能耗制动之迅速停机

1、迅速停机之机械特性

如图1-4所示，制动之前，转速n不为零，甚至相对较大，电动机平稳的运行。此时直流电动机的反电动势(E=Ce*Φ*n)存在甚至在某些场合很大，由于电枢电阻Ra较小，Ia=（U-E）／Ra。当我们开始制动瞬间，电动机系统因为惯性继续旋转，n的方向不变，由于磁场方向不变，故E的方向也不变。由于电源被瞬间切除，此时相对于之前正常运转状态，电流方向Ia改变，而磁场方向不变，使得T反向成为制动转矩。此时电动的转速就迅速下降至零（在T和TL的共同作用下）。当n=0时，E=0;Ia=0;制动转矩和负载转矩都消失，电动机自动停机。

图1-4迅速停机之机械特性图

2、迅速停机之状态分析

上述过程我们也可以用公式来说明，电动状态时，如图1-5:

图1-5能耗制动迅速停机电路图 n与T关系如下：

能耗制动时，如图1-6：

图1-6能耗制动迅速停机电路图

Ua=0，电枢回路中又增加制动电阻Rb.n与T关系如下：

n=-(Ra+Rb)*T/(CＥ*CT*Φ*Φ)

那么为什么要串入电阻Rb呢？如果没有Rb，在制动的瞬间，E的大小不变(E=Ce*Φ*n)，一般情况E的值较大，那么此时的电流将会很大，很可能超出电枢回路电流的最大允许值Iamax,所以我们一般在迅速停机制动的同时，也串入一个电阻，并且这个电阻值有要求：

Iab=E/(Ra+Rb)<= Iamax 式中，Ea=Eb，是工作于b点和a点时的电动势。由此求得: Rb>=Eb/Iamax-Ra

（3）、能耗制动之下放重物

1、下放重物之机械特性

如图1-7，如果电动机位能性很转矩负载。制动前，系统工作在机械特性1与负载特性3的交点a上，电动机以一定的速度提升重物。在需要稳定下放重物时，速度 不会突变，则由a点移动b点，此时电动机处于能耗制动状态，此时由b点移动到O点，这个过程与能耗制动的迅速停机过程情况一样。但此时电动机不会停止不动而是，在负载转矩的作用下，电动机反转，即反向启动，工作点开始在第四象限继续下移，此时n反向，Ia又回到正向，那么T依旧提供向上拉力，TL不变，则当下降速度越来越大，E（正向）也越来越大（E=Ce*Φ*n），Ia也越来越大，T也越来越大（T=CT*Φ*Ia），最终在c点处达到平衡。这是能耗制动下放重物的过程。

能耗制动运行与能耗制动过程相比，由于n反向，引起E反向，使得Ia与最初的上升时方向相同，T也同样。下图是能耗制动过程中，n>0，T<0;在能耗制动运行时，n<0,T>0的情况。

图1-7能耗制动迅速停机过程

2、下放重物之状态分析

能耗制动的运行过程也可以用公式来说明。如图1-8：

图1-8制动后的电路图

n与T关系如下：

n=-(Ra+Rb)*T/(CＥ*CT*Φ*Φ)当平衡的时候，如图1-9：

图1-9制动后的电路图

T=TL，则可以得出： n=(Ra+Rb)*TL /(CＥ*CT*Φ*Φ)

同样，能耗制动运行的效果与制动电阻Rb的大小有关，Rb小，特性2 的斜率小，转速小，下放重物慢(Rb在满足要求内)。那么在c点时： Ra+Rb=Ec/Iac= CＥ*CT*Φ*Φ*n/(TL-To)下放重物时，To和TL方向相反，与T方向相同，故T= TL-To.可见，若要以转速下放负载转矩为TL的重物时，制动电阻应为: Rb=Ce*CT*Φ*Φ*n/(TL-To)-Ra 如果我们忽略了To，则: Rb= CＥ*CT*Φ*Φ*n/TL-Ra.（五）、参数设定和计算

一台他励直流电动机，参数如下：PN = 5.6kW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，电枢电阻Ra = 0.4Ω，负载转矩TL=49，电枢电流不能超过额定电流的2倍，忽略空载转矩T0。

电动机拖动反抗性负载，采用能耗制动停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少？若采用电枢反接制动停车，电阻最小值是多少？

电枢串联电阻值：

CeNUNINRa0.208nN

电动状态的稳定转速：

nUNRaT1010r/min2CeNCeCTN

能耗制动电阻：

RbkEaRa2.99Ibk

电枢反接制动电阻：

RbkUNEaRa6.54Ibk

电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300r/min速度下放重物，采用倒拉反接制动运行，电枢回路应串入多大电阻？若采用能耗制动运行，电枢回路应串入多大电阻？

倒拉反接稳定制动时的电枢电流：

Ibk TL24.67CTN 倒拉反接制动电阻：

RbkUNEaRa11.05Ibk

能耗制动稳定运行时的电阻：

RbkCeNnRa2.13Ibk

想使电动机以n =-1200r/min速度，在反向回馈制动运行状态下，下放重物，电枢回路应串多大的电阻？若电枢回路不串电阻，在反向回馈后制动状态下，下放重物的转速是多少？

反向回馈制动运行时的电阻：

RbkUNEaRa0.8Ibk

反向回馈制动运行，不串电阻时的转速：

nUNIbkRa1105r/minCeN

四、总结

直流电动机的制动方式有多种，本文设计的研究方向重点是能耗制动，根据制动要求和条件的不同能耗制动又分为迅速停机和下放重物，并以他励直流电动机为例进行分析。

通过本次课程设计，我对所学的直流电机的工作原理及其调速方式有了进一步的认识，巩固了所学的理论知识。

本次课程设计提高了我分析问题和解决问题的能力，提高了我的团队意识。

五、参考文献

[1] 刘锦波.张承.电机与拖动[M].北京：清华大学出版社.2006 [2]王中鲜.MATLAB建模与仿真应用[M].北京：机械工业出版社.2010 [3]许晓峰.电机与拖动学习指导[M].北京：高等教育出版社.2010

教师评语及成绩评定：

指导教师签名： 年 月 日

第二篇：直流电机电子教案

第1章

直流电机

教学要求

掌握直流电机基本工作原理，会分析其电路系统和磁路系统；掌握单叠绕组的基本分布规律，正确理解电刷、换向器在直流电机中的作用；会计算直流电机的感应电动势和电磁转矩，会分析他励直流电动机的机械特性；掌握各种启动方法及调速方法的原理及特点。

教学重点

直流电机的运行原理、机械特性、启动、制动、调速。

教学难点

感应电动势和电磁转矩计算、换向、制动。

课时安排

本章安排12课时，其中实验4课时。

教学大纲

1.1 直流电机概述

1.1.1 直流电机的结构 1.定子部分 2.转子部分

1.1.2 直流发电机和电动机的基本工作原理

1.直流发电机 2.直流电动机

3.直流电机的可逆性原理 4.励磁方式

1.1.3 直流电机的铭牌数据

1.型号

2.额定电压

3.额定电流

4.额定功率

5.额定转速

6.额定励磁电流

1.2 直流电机的电枢电动势和电磁转矩

1.2.1 直流电机的电枢电动势 1.2.2 直流电机的电磁转矩 1.3 直流电机的运行原理

1.3.1 直流电动机的基本平衡方程 1.电动势平衡方程式 2.功率平衡方程式 3.转矩平衡方程式

1.3.2 他励直流电动机的工作特性 1.转速特性 2.转矩特性 3.效率特性

1.4 他励直流电动机的机械特性

1.4.1 他励直流电动机机械特性的表达式 1.4.2 他励直流电动机的固有机械特性 1.4.3 他励直流电动机的人为机械特性 1.电枢回路串联电阻的人为机械特性 2.降低电源电压的人为机械特性 3.减弱励磁磁通的人为机械特性 1.4.4 他励直流电动机机械特性的求取 1.固有机械特性的求取 2.人为机械特性的求取

1.4.5 电力拖动系统稳定运行的条件 1.5 他励直流电动机的启动

1.5.1 他励直流电动机电枢回路串联电阻启动 1.5.2 他励直流电动机降压启动 1.6 他励直流电动机的制动

1.6.1 他励直流电动机能耗制动 1.电动机拖动反抗性负载 2.电动机拖动位能性负载 1.6.2 他励直流电动机反接制动 1.电源反接制动 2.倒拉反接制动

1.6.3 他励直流电动机回馈制动 1.正向回馈制动 2.反向回馈制动

1.7 他励直流电动机的调速

1.7.1 他励直流电动机调速指标 1.调速范围 2.相对稳定性 3.平滑性 4.经济性

1.7.2 他励直流电动机调速方法 1.电枢回路串联电阻调速 2.降低电源电压调速 3.减弱磁通调速

主要概念

定子、转子、电刷、电枢绕组、励磁方式、电枢电动势、电磁转矩、位能性负载、制动、调速、平滑性、机械特性。

第三篇：直流电机工作原理

直流电机工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。

导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

第四篇：轧钢直流电机维护论文

姓名：王友成所在单位：二轧厂所在岗位：点检员拟聘岗位：点检技师

轧钢用直流电机的使用与维护

目前，许多轧钢厂由于直流电机调速范围广、性能优越而被广泛使用，并且从初轧到精轧拖动轧机的均是使用晶闸管供电的直流电机。众所周知晶闸管供电的直流电机较直流发供电的直流电机换向更加困难。电机为了保证电机的正常运行除电机质量保证外，对直流供电的质量也有要求。其整流的脉波数不应小于6，电压峰值波纹因数不超过6％。因此在供电回路加装平波电抗器，以便改善电机换向。

轧钢用的直流电机具有属于冲击负载，电流波动较大。电机的性能好坏主要体现在换向火花上，电机在额定电流、电压及额定转速时，换向火花不应大于1.5级，在短时过载时（时间为15S或30S）时换向火花不大于2级。其次是氧化膜的建立，电机在运行一段时间后，换向器表面应形成一层光滑坚硬的氧化膜，它有利于换向。因此不能轻易破坏它。

虽然电机在出厂时已在额定工况下调到最理想的状态，在使用一段时间后，电机性能会逐渐变坏。影响电机换向的原因很多，使用和维护尤为重要。下面分两个方面讨论影响直流电机换向因素和判断及解决的方法。

一、机械方面

1、电机基础不牢，电机运转时产生共振。此类火花分布规律性差，火花不稳定呈黄色有时在个别电刷上有异常特征，对负载变化时反应迟钝。电机转速一般以600r/min为界，600r以上振速不超2.8mm/S;600r以下滑动轴承双向振幅不超0.2mm，滚动轴承电机双振幅不得超过0.075mm应加固基础，将电机振动幅值限制在规定范围内。

2、电机与所带机组不同心,也会引起电机振动.应使用百分表对中,且底座的水平方向倾斜不得大于0.25mm..二、电气方面

1、绕组问题

直流电机要定期对绕组进行直阻和绝缘检测。绝缘阻值不应小于以下公式电阻。R=V/[1000+(P/100)],其中V为电机额定电压，P为额定功率。特大电流和较长时间的过载运行，部分绕组短路，机械振动造成升高片脱焊或断裂。测量片间压降，片间压降不应超过正负2％，如片间压降相差较大，应检查升高片和绕组，当升高片有断裂或绕组烧毁时，及时与制造厂联系。

2、换向器磨损严重或有滑伤

换向器表面使用一段时间后应形成良好的氧化膜，其呈现均匀而光亮的颜色。由于

电机的缺陷或运行的条件恶化，使正常的换向器氧化膜遭到破坏。换向器表面出现连续的条痕或孤立条痕，但正常的氧化膜仍存在，一般为电流密度太低，大气中含有害气体或研磨性灰尘。应查找原因对症解决。轻微的滑伤可以用00号砂纸打磨并抛光。换向器表面出现严重的烧伤或沟槽、以及有较大的偏心时应车削换向器。为了防止换向器在车削时变形，应先将换向器压紧罗帽压紧。车削时升高片应用宽胶带粘好以防进入铜削。车削速度不应大于180米/分，进刀量为0.05-0.15毫米。一般大型电机由于运输和车床等原因在现场带电车削的，车削速度和电枢电压必须同时考虑。并且直流调速装置的加减速时间要放开，避免电机快启与快停。车削后片间云母低于换向器表面0.5mm的下刻云母。换向片两边倒成0.5×45度倒角。再用与换向器弧度一致的细磨石打磨，最后用牛皮抛光。

2、中性线发生变化

由于电机长期运行，中性线位置也将发生变化。直流电机电刷的位置，不但影响电机的换向情况，而且对电机的电枢反应，影响电机的转速和机械特性。故应定期检测中性线位置，并进行调整。调整的方法一般用感应法，其方法是：在电机励磁绕组两端加上大约为电机额定电压（8～12）％的电压。在相邻的两个刷杆上接一直流毫伏表，接通和断开励磁电源。观察毫伏表的偏转情况，毫伏表指在零位，说明电刷在中性线上。如 1

姓名：王友成所在单位：二轧厂所在岗位：点检员拟聘岗位：点检技师

有较大的偏转，就要移动电刷座圈，边移边测。直到感应电势接近或为零时，则认为此时电刷就在中性线上。

3、变流器故障

变流装置缺脉冲，使电机的直流供电波头数目不够。电机在空载时有振动感，并伴有“嗡嗡”响声。严重时在高速运转或电机正反切换时，换向器放炮，使换向器表面灼伤。如发现电机声响和现象所述类似，必须马上停车检查变流装置脉冲放大及触发回路，以免造成电机换向器损伤。另外直流供电电源出现断流，可使电机理想转速升高，电机机械特性变软，负载变化时速度下降较大。

4、检修保养不当

使用中的电机必须进行定期的检修和保养，电机使用一段时间后电刷和刷盒都会有

一定程度磨损，如果电刷和刷盒磨损严重时，电机在正反转时的刷位将有所移动，并且电刷形成振动，使电刷上电流分配不均。促使换向变坏，严重时使电刷碎裂。一般电刷与刷盒厚度间隙为0.06~0.25mm,宽度间隙为0.08~0.39mm。其次电机换刷时电刷牌号混用。不同牌号的电刷电阻系数是有区别的，所以分配到每各电刷的电流不平衡，产生火花。应当指出至今没有一种适用各种场合的万用电刷，由于电机的特性、负载状态、周围条件的差异，电刷的选型往往是通过现场调试后才能确立下来。电刷更换后必须按照正确的研磨方法进行研磨，使电刷与换向器表面相吻合。其方法是：提起电刷，在电刷下面放上砂布，使砂面向上与电刷接触，并扣上压簧，用两手拉动砂布紧贴换向器表面拉动数次，直到电刷与换向器表面吻合为止。研磨后吹除碳粉。定期检查压簧压力（1.4－2.7N/cm2）相差不准大于10％。换向器表面不清洁也是引起火花的原因之一，当换向器表面有油污和碳粉时用无毛白布沾适量酒精擦拭并用特制工具清除片间沟槽内的碳粉。清理完后用干燥的压缩空气将换向器表面和绕组的灰尘、碳粉吹干净。电机的检修周期根据生产情况而定。力争做到月小修，年大修。

综上所述，轧钢直流电机工作环境较差，在工作中又经常过载，所以换向比较困难。正确使用和维护直流电机就尤为重要。尤其是初轧电机，即使是上下辊使用两台电机主从控制，如一台电机出现故障，也会造成停产。首先要建立起理想的氧化膜，其次是保证风、水、油路的畅通。建立全日制维护、定修、月修、中修、大修和岗位责任制是非常必要的。若发现电机超温，工作异常，换向火花超过允许值，应立即停车检查，以确保电机的安全运行。2

第五篇：直流电机总结

小结

直流电机的工作原理是建立在电和磁相互作用的基础上。为此，必须熟练地运用在电工原理中所学习过的基本电磁定律，结合换向器和电刷的作用去理解，并且充分注意到无论在直流电动机还是直流发电机中，电机的外电路中电压、电流及电势都是直流电性质的，但每个元件中的电压，电流及电势都是交流电性质的。任何类型的旋转电机都必须有静止部分与旋转部分，在这两部分之间存在着一定大小的空气隙，使电机中磁场与电路能发生相对运动，以便顺利地进行机电能量的变换。

直流电机的基本结构主要由静止的磁极和旋转的电枢两大部分组成，这个静止的和旋转的部分还各自由一些主要的部件构成。这些主要的结构部件有一定的结构型式和一定的作用。其中须特别予以关注的是直流电机的特殊部分——换向器。额定值是保证电机可靠地工作，并具有优良性能的依据。特别是运行人员，要十分重视额定值的涵义，以便很好地选择和使用电机。直流电机的额定值有额定功率、额定电压，额定电流、额定转速和额定励磁电流等。电枢绕组是直流电机的主要电路。机电能量变换就是在这里面进行。因此电枢绕组应该说是直流电机的“心脏“。

直流电机的电枢绕组是由许多完全相同的绕组元件以一定的规律联接起来的一种闭合绕组。按元件串联的特点与端接部分的形状，分为叠绕组与波绕组两大类。单叠绕组与单波绕组是两种基本形式。从构成电枢电路的支路情况来看，单叠绕组中，上层边处于同一磁极下的元件构成一条支路，而单波绕组则是将上层边处于所有同一极性磁极的元件构成一条支路，虽然电枢在转动，每个瞬时组成支路的元件在变换，但电枢绕组通过电刷并联的支路数始终是不变的。因此单叠绕组的支路对数始终等于极对数，而单波绕组的支路对数与极对数无关，总是等于l，直流电机的复绕组就是几个单绕组的组合。所以直流电机的电枢绕组实质上是一种多支路(支路数是偶数)的电路。电机中的磁场是机电能量变换的耦合介质。磁场与电路发生相对运动而产生感应电势，与电流相互作用而产生电磁转矩。感应电势与电磁转矩都是机电能量变换的要素。为此，我们不仅需要理解电机中磁场是怎样产生的了而且更重要的是理解其性质怎样?直流电机中的磁场由磁极上的励磁磁势与电枢上电枢磁势联合产生，它是属于双边励磁的系统。因此存在电枢磁势对气隙磁场的影响，即所渭电枢反应问题。直流电机的电枢反应作用，不仅使气隙磁场发生畸变，而且还有一定的去磁作用。因此电枢反应直接影响感应电势与电磁转矩的大小，它对电机的性能关系很大。

直流电机的磁场是直流电机理论中重要的一部分，必须学会对磁场的定性和初步定量分析，并联系到与感应电势和电磁转矩的关系，由此可进一步理解直流电机的电磁功率与总机械功率相等的机电能量变换的客观规律。在理解直流电机的电路及磁场形成及其性质的基础上，用电势平衡方程式、转矩平衡方程式及功率平衡方程式综合分析内部电磁过程。运用这些基本方程式去分析各种励磁方式直流电动机的工作特性。并励电动机的特点是，在励磁电流不变的情况下，磁通基本不变，所以负载变化时转速变化很小，基本上是一种恒速电动机；电磁转矩基本上正比于电枢电流。串励电动机的特点是，负载(电枢电流)变化时励磁电流及主磁通同时改变，所以负载变化时转速变化很大，电磁转矩则近似正比于电枢电流二次方(不计饱和时)。这种电动机的起动转矩和过载能力较大，空载时则会产生飞速现象。复励电动机的特性介乎二者之间。从电力拖动的观点来看，转速与转矩这两个物理量是最重要的，在下一章里尚须把直流电动机的转矩与转速之间的关系直接表示出来。这种转矩与转速的直接关系称为机械特性。机械特性决定着拖动系统是否能稳定运行，以及能否平滑而经济地调速等等。直流发电机的特性主要表现在端电压的建立，变化及调节上。励磁方式不同，直流发电机的外特性亦不同。外特性不同，应用场合亦不同。所以直流电机电枢绕组元件内的电流波形是一种平顶波的交流电流，从这里使我们进一步认识到直流电机中电刷与换向器的作用。换向是直流电机在运行和制造中必须予以重视的问题。特别是在运行中需经常观察

直流电机的换向是否良好。不良换向可能会使电机遭到破坏。换向过程是很复杂的，至今还没有完全掌握其各种现象的物理实质，主要的电磁现象在于换向元件中存在几种电势阻碍电流变化，使换向延迟。在换向回路断开时具有一定的电磁能量释出，可能发生火花。改善换向的主要方法是装设换向极，使换向极磁势抵消在几何中性线处作用的电枢磁势外，并产生换向极电势去抵消电抗电势。为了防止电位差火花与环火，在大容量和工作繁重的直流电机中，在主极上安装补偿绕组。