直流電機(jī)（Direct Current Machine）是一種能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，直流電機(jī)既可以作為直流電動(dòng)機(jī)使用，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，也可以作為直流發(fā)電機(jī)使用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

一、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)主要由以下幾個(gè)關(guān)鍵部件組成：

1. 疊成的鐵心 ：鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，其外圓開有電樞槽，用于嵌放電樞繞組。
2. 電樞繞組 ：電樞繞組是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件，由許多線圈按一定規(guī)律連接而成。這些線圈采用高強(qiáng)度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，并按上下兩層嵌放在電樞槽中。線圈與鐵心之間以及上下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣，槽口用槽楔固定，線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進(jìn)行綁扎。
3. 換向器 ：在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變。在直流發(fā)電機(jī)中，換向器則將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。
4. 轉(zhuǎn)軸 ：轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。

此外，直流電機(jī)還包括磁極、槽線圈、磁鐵等組成部分。

二、直流電機(jī)的工作原理

直流電機(jī)的工作原理基于直流電流與磁場之間的相互作用產(chǎn)生力矩，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。以下是詳細(xì)的工作過程：

1. 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 ：
   • 通電過程 ：直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流流過。
   • 磁場作用 ：電機(jī)內(nèi)部存在磁場，載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力的作用，根據(jù)左手定則，電磁力f的方向垂直于電流I和磁場B所在的平面，并指向電流I與磁場B叉乘的方向。
   • 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) ：所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。
   • 換向器作用 ：換向器與電刷配合，確保電樞線圈中的電流方向不斷改變，以保持電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變。
2. 直流發(fā)電機(jī)的工作原理 ：
   • 機(jī)械能輸入 ：當(dāng)機(jī)械能作用于直流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。
   • 電磁感應(yīng) ：旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在磁場中切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。
   • 換向器作用 ：感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢通過換向器和電刷，轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢。

三、直流電機(jī)的分類

直流電機(jī)按勵(lì)磁方式可以分為以下幾類：

1. 永磁直流電機(jī) ：永磁直流電機(jī)的磁極由永磁材料制成，無需外部勵(lì)磁電源。
2. 他勵(lì)直流電機(jī) ：他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組分別由獨(dú)立的電源供電。
3. 自勵(lì)直流電機(jī) ：自勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組有一定的電氣聯(lián)系，按勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，自勵(lì)直流電機(jī)又可分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種。
   • 并勵(lì)直流電機(jī) ：勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來說，電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來說，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源。
   • 串勵(lì)直流電機(jī) ：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。
   • 復(fù)勵(lì)直流電機(jī) ：電機(jī)具有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。

四、直流電機(jī)的應(yīng)用

直流電機(jī)因其轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、易于控制等特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用：

1. 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域 ：直流電機(jī)在機(jī)床、風(fēng)機(jī)、泵、印刷設(shè)備、冶金設(shè)備、化工設(shè)備、食品加工設(shè)備、紡織機(jī)械等設(shè)備中常作為動(dòng)力源。
2. 交通運(yùn)輸領(lǐng)域 ：電動(dòng)車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車等交通工具采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。此外，在鐵路、地鐵、電車等運(yùn)輸工具中，直流電機(jī)也被用于控制車速、啟動(dòng)和制動(dòng)。
3. 醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域 ：X光機(jī)、CT掃描儀、手術(shù)鉆等醫(yī)療設(shè)備采用了直流電機(jī)，滿足醫(yī)療設(shè)備對電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高要求。
4. 家用電器領(lǐng)域 ：洗衣機(jī)、冰箱、風(fēng)扇、家庭電視、空調(diào)、吸塵器、電腦風(fēng)扇等家用電器也廣泛采用直流電機(jī)，具有高效率、低噪音和長壽命等優(yōu)點(diǎn)。
5. 其他領(lǐng)域 ：直流電機(jī)還在電動(dòng)工具、船舶、自動(dòng)化系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

五、總結(jié)

直流電機(jī)作為一種將直流電能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的裝置，在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其工作原理基于直流電流與磁場之間的相互作用產(chǎn)生力矩，通過電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸等關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，直流電機(jī)將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。