直流發電機的工作原理和結構

直流發電機是把機械能轉化為直流電能的機器。它主要作為直流電動機、電解、電鍍、電冶煉、充電及交流發電機的勵磁等所需的直流電機。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電變成直流電，但從使用方便、運行的可靠性及某些工作性能方面來看，交流電整流還不能和直流發電機相比。

用電動機拖動電樞使之逆時針方向恒速轉動，線圈邊 a b 和 c d 分別切割不同極性磁極下的磁力線，感應產生電動勢。

直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應產生的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢 因為電刷 A 通過換向片所引出的電動勢始終是切割N 極磁力線的線圈邊中的電動勢。所以電刷 A 始終有正極性，同樣道理，電刷 B 始終有負極性。所以電刷端能引出方向不變但大小變化的脈動電動勢。

結論：線圈內的感應電動勢是一種交變電動勢，而在電刷 A B 端的電動勢卻是直流電動勢。當發電機的電樞被其他機器帶動以均勻速逆時針旋轉時，線圈abcd作切割磁感線運動。線圈轉到圖1.1.B所示位置時，用右手定則可以判斷出ab段導體產生的感應電動勢方向為b→a；cd段導體產生的感應電動勢方向為d→c，則與滑片1接觸的電刷A為正極，與滑片2接觸的電刷B為負極。當線圈轉到中性面（與磁感線相垂直的平面）時，感應電動勢從最大值逐漸減小到零。當線圈轉過中性面后，ab段導體產生的感應電動勢方向由a→b；cd段導體的感應電動勢方向由c→d。此時，電刷A改為與換向器的滑片2接觸，電刷B與滑片1接觸。隨著線圈在磁場中的不斷轉動，換向器滑片1和2間的感應電動勢是大小和方向都隨時間變化的交變電動勢，但電刷A與B交替地接觸與線圈同時轉動的換向器滑片1和2，因此在電刷A與B間產生的是脈動直流電動勢，從A與B輸出的就是直流電了。

直流發電機和直流電動機在結構上沒有差別。只不過直流發電機是用其他機器帶動，使其導體線圈在磁場中轉動，不斷地切割磁感線，產生感應電動勢，把機械能變成電能。直流發電機由靜止部分和轉動部分組成。靜止部分叫定子，它包括機殼和磁極，磁極當然是用來產生磁場的；轉動部分叫轉子，也稱電樞。電樞鐵芯呈圓柱狀，由硅鋼片疊壓而成，表面沖有槽，槽中放置電樞繞組。換向器是直流電機的構造特征，在示意圖7－4中，換向器就是那兩個與線圈abed兩端a與d相連的弧形導電滑片1和2，這兩個弧形導電滑片相互絕緣。隨著線圈轉動。兩個固定不動的電刷A和B，緊壓在換向器滑片上，并與外電路相連接。為了減小直流發電機輸出的直流電的脈動性，電樞繞組并不是單線圈，而是由許多線圈組成，繞組中的這些線圈均勻地分布在電樞鐵芯的槽內，線圈的端點接到換向器的相應的滑片上。換向器實際上由許多弧形導電滑片組成，彼此用云母片相互絕緣。線圈和換向器的滑片數目越多，產生的直流電脈動就越小，這當然也給制造上帶來困難。直流發電機產生的感應電動勢的大小與定子磁場的磁感應強度和電樞的轉速成正比。中小型直流發電機輸出的額定電壓并不高，為115伏、230伏、460伏。大型的直流發電機輸出的額定電壓在800伏左右，輸出更高電壓的直流發電機屬于高壓特殊機組的范圍內，比較少用了。