直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速范圍寬廣缸废，調(diào)速特性平滑同云，過(guò)載能力較強(qiáng)仆百，啟動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的特點(diǎn)厕隧。為什么？

首先我們需要知道直流電動(dòng)機(jī)是如何工作的俄周？

根據(jù)電磁力定律：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力作用吁讨，電磁力的方向是由左手定則判定，即磁力線垂直穿過(guò)掌心峦朗，四指方向指向電流方向（或正電荷運(yùn)動(dòng)方向）建丧，大拇指的指向即為電磁力方向。

我們的目的是讓直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)波势，而恒定磁場(chǎng)中的一根導(dǎo)體無(wú)法實(shí)現(xiàn)翎朱，于是我們?cè)诖艌?chǎng)中再加一根導(dǎo)體，且流過(guò)一個(gè)相反的電流尺铣，這樣就得到了我們想要的轉(zhuǎn)矩拴曲。

在外加直流電源的情況下，由兩根導(dǎo)體構(gòu)成的線圈是否可以一直旋轉(zhuǎn)凛忿？

根據(jù)通電螺線管中的安培定則：用右手握住通電螺線管澈灼，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極店溢。

通電的一匝線圈可以看成一個(gè)平面磁體叁熔，當(dāng)線圈受電磁力運(yùn)動(dòng)到如圖二所在位置時(shí)，轉(zhuǎn)矩為零逞怨，根據(jù)電磁鐵同性相斥者疤，異性相吸，此時(shí)線圈將不會(huì)再轉(zhuǎn)動(dòng)叠赦。如果想要線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)驹马，就必須在此時(shí)切換電線。為了方便切換除秀，直流電動(dòng)機(jī)在電樞上增加換向器糯累，如圖一所示，換向器和電樞繞組焊接在一起并隨電樞一起旋轉(zhuǎn)册踩，換向片之間彼此絕緣泳姐，并利用碳刷和外部直流電源構(gòu)成回路。達(dá)到換向的目的暂吉，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)子的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)胖秒。

當(dāng)一匝線圈運(yùn)動(dòng)到垂直磁導(dǎo)線時(shí)缎患，這時(shí)轉(zhuǎn)矩為零，如果使用這種直流電機(jī)阎肝，電機(jī)運(yùn)動(dòng)會(huì)很不平穩(wěn)挤渔，該如何解決？

解決這個(gè)問(wèn)題的辦法就是增加線圈和換向器數(shù)量风题。當(dāng)一匝線圈運(yùn)動(dòng)到垂直磁導(dǎo)線的位置之前判导，碳刷從原線圈的換向器脫離，接觸到另一個(gè)線圈的換向器沛硅，新的線圈構(gòu)成電流回路眼刃，形成轉(zhuǎn)矩。因此摇肌，線圈和換向器數(shù)量越多擂红，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越平穩(wěn)。

了解了直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理朦蕴，接下里來(lái)我們看看實(shí)際的電機(jī)結(jié)構(gòu)是什么樣的篮条？它們各自又起到什么作用弟头？

實(shí)際電機(jī)主要由主磁極吩抓、機(jī)座、電樞鐵心赴恨、電樞繞組疹娶、換向器和碳刷組成。

主磁極：產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)伦连，其結(jié)構(gòu)為主極鐵心外套勵(lì)磁繞組（集中繞組）雨饺，由于電機(jī)中磁極的N極和S極只能成對(duì)出現(xiàn)，故主極的極數(shù)一定是偶數(shù)惑淳，并且要以交替極性方式沿機(jī)座內(nèi)圓均勻排列额港，極性相反的相鄰兩磁極稱為一對(duì)極。

機(jī)座：除了支撐固定的作用外歧焦，主體還是極間磁通路徑的一部分移斩。

換向器和電刷：簡(jiǎn)單的說(shuō)就是用來(lái)切換電線的。

電樞鐵心：用來(lái)構(gòu)成磁通路徑并嵌放電樞繞組的绢馍。為了減少渦流損耗向瓷，電樞鐵心一般用厚0.35mm～0.5mm 的涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。

電樞繞組：通過(guò)電流并產(chǎn)生電磁力或電磁轉(zhuǎn)矩舰涌，使電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的核心構(gòu)件猖任。電樞繞組由多個(gè)用絕緣導(dǎo)線繞制的線圈連接而成。各線圈以一定規(guī)律與換向器焊連瓷耙。導(dǎo)體與導(dǎo)體之間朱躺，線圈與線圈之間以及線圈與鐵心之間都要求可靠絕緣刁赖；電樞繞組結(jié)構(gòu)較勵(lì)磁繞組復(fù)雜許多，接下來(lái)我們重點(diǎn)分析长搀。

為什么直流電機(jī)電樞繞組必須形成閉合回路乾闰？為什么直流電機(jī)要做成雙層繞組？直流電機(jī)的碳刷該如何布置盈滴？解決這些疑問(wèn)自然要了解電樞繞組繞制的方法涯肩。

前面我們初步了解了直流電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，直流電機(jī)電樞繞組不是由固定點(diǎn)與外電路連接的巢钓，而是由換向器加碳刷結(jié)構(gòu)與外部電源相連的病苗，因此在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中各支路元件在不停變化。為了使各支路電勢(shì)症汹、電流穩(wěn)定不變硫朦，繞組必須是閉合的。結(jié)合直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)條件背镇，電樞繞阻的繞制必須符合這些要求咬展。

首先想到的一種比較簡(jiǎn)單的繞制方式便是將電樞繞組直接纏繞在電樞鐵芯上，如圖四所示瞒斩，稱為環(huán)形電樞繞組破婆。環(huán)形電樞繞組雖然符合讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)的條件，但是缺點(diǎn)也很明顯胸囱。由于電樞鐵芯的磁阻要遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)軸和空氣的磁阻祷舀，因此磁力線幾乎都從電樞鐵心中流過(guò)，位于電樞鐵芯內(nèi)部的那部分導(dǎo)體僅僅只起到連接作用烹笔，不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩裳扯，導(dǎo)體利用率低。且電樞鐵芯要和轉(zhuǎn)軸聯(lián)接谤职，因此內(nèi)部的這部分導(dǎo)體也不易放置饰豺。

既然導(dǎo)體放置在電樞鐵芯的內(nèi)部不行，那我們將它拿出來(lái)放在電樞鐵芯表面嘞允蜈？我們發(fā)現(xiàn)這種繞制形式克服了環(huán)形繞組的缺點(diǎn)冤吨，稱之為鼓形繞組。實(shí)際電機(jī)都采用鼓形繞組陷寝。

鼓形繞組按電樞線圈分布及連接方式又分為疊繞組锅很、波繞組和蛙繞組。在分析這些繞組之前先來(lái)看看有關(guān)的一些概念凤跑。

元件數(shù)S爆安、元件邊和端部：實(shí)際的繞組被做成一個(gè)個(gè)線圈，稱為元件仔引。每一個(gè)元件有兩個(gè)放在槽中切割磁力線的有效邊稱為元件邊扔仓，而槽外起聯(lián)接作用引線稱為端部褐奥。

實(shí)槽Z和虛槽：為改善電機(jī)性能，往往采用較多元件組成電樞繞組翘簇。本應(yīng)該將每個(gè)元件分別放在不同槽中撬码，但由于工藝原因，電樞鐵心不能開槽太多版保，于是在一個(gè)槽中放置多個(gè)元件邊呜笑。實(shí)槽就是電樞鐵心上實(shí)際開槽數(shù)，虛槽是為了分析方便而引入的概念彻犁。由于每個(gè)元件總有兩個(gè)元件邊叫胁，一個(gè)換向片上總接有兩個(gè)元件邊，故元件數(shù)=虛槽數(shù)=換向片數(shù)汞幢。圖六中實(shí)槽數(shù)都為一驼鹅，虛槽數(shù)分別是一、二森篷、三输钩。

第一節(jié)距y1：每個(gè)元件兩個(gè)元件邊在電樞表面的跨距，用虛槽數(shù)表示仲智。y1必須是整數(shù)买乃。

是什么？為什么第一節(jié)距這樣計(jì)算坎藐？

公式中的P為極對(duì)數(shù)为牍，2P就是主磁極的極數(shù)哼绑，為虛槽數(shù)岩馍。就是每極磁場(chǎng)在電樞表面所占槽數(shù)。通常抖韩，y1=稱為整距蛀恩；相應(yīng)的，y1＞ 為長(zhǎng)距茂浮；y1＜ 為短距双谆。

之所以要求第一節(jié)距要盡量接近極距，是為了在任意時(shí)刻元件的上下元件邊或同處于相反磁極下或同處于極間席揽。至于為什么顽馋？在后面碳刷的放置中會(huì)提到。

第二節(jié)距y2：與同一元件中第一個(gè)元件下元件邊到第二元件上元件邊在電樞表面的跨距幌羞。

換向器節(jié)距yK：與每個(gè)元件相聯(lián)的兩片換向片在換向器表面的跨距寸谜，用換向片數(shù)表示∈翳耄跨距等于1為單疊熊痴，跨距等于2為雙疊他爸。規(guī)定 yK＞0? 為右行繞組。yK＜0? 為左行繞組果善。

有了上面的概念做鋪墊诊笤，我們現(xiàn)在嘗試分析一個(gè)疊繞組，加深對(duì)電樞繞組的認(rèn)識(shí)巾陕。

一讨跟、已知電機(jī)極數(shù)2p=4，且Z= Zi =S=K=16鄙煤，試?yán)@制一單疊右行整距繞組许赃。

1、節(jié)距計(jì)算馆类。

單疊右行：yK=1

第一節(jié)距：==4

第二節(jié)距：y2=y –y1=1– 4=–3

2混聊、繞組連接表。

規(guī)定元件編號(hào)與槽編號(hào)相同乾巧，例如1號(hào)元件的上元件邊就在1槽句喜。上元件邊直接用槽編號(hào)表示，下元件邊用所在槽編號(hào)加撇以示區(qū)別沟于。上元件邊與下元件邊之間用實(shí)線連接咳胃，兩元件通過(guò)換向器串聯(lián)用虛線表示。

3旷太、繞組展開圖展懈。

根據(jù)繞組連接表將線圈放置到對(duì)應(yīng)的槽中，然后將上元件邊連接到對(duì)應(yīng)編號(hào)的換向器上供璧，由于是單疊右行繞組存崖，下元件連接到靠右相鄰的換向器上。

4睡毒、電刷放置来惧。

為了使電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)起來(lái)，相鄰的一對(duì)磁極下電樞繞組流過(guò)電流的方向必須相反演顾。因此電刷的數(shù)量必須等于磁極數(shù)量供搀。

電刷的位置又該如何放置？

電刷放置的一般原則是確保產(chǎn)生的電樞轉(zhuǎn)矩最大钠至，或者說(shuō)葛虐，被電刷短路的元件正好處在一對(duì)極的中間。由于電刷的存在棉钧，任意時(shí)刻電路中總有和電刷數(shù)量相等的元件被電刷短接屿脐。正是由于這個(gè)原因，直流電動(dòng)機(jī)第一節(jié)距要盡量接近極距。這樣被電刷短接的元件總是那些處在極間沒(méi)有磁場(chǎng)區(qū)域的元件摄悯。如下圖的1赞季、5、9奢驯、13這四個(gè)元件申钩。

對(duì)單疊繞組，并聯(lián)支路數(shù)a和主極數(shù)p的關(guān)系就是：a=p瘪阁。

單疊繞組是把一個(gè)主極下的元件串聯(lián)成一條支路撒遣，以保證串聯(lián)元件中流過(guò)的電流同方向。

當(dāng)然也可以設(shè)想把電樞上所有處于相同極性下的元件都串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一條支路管跺，這就是單波繞組的特點(diǎn)义黎。單波繞組的并聯(lián)支路數(shù)與主極數(shù)無(wú)關(guān)，只有兩條并聯(lián)支路豁跑，a=2廉涕。由于波繞組并聯(lián)之路數(shù)少，電樞通過(guò)電流較小艇拍，一般用在小容量低轉(zhuǎn)速或高電壓的電機(jī)上狐蜕。疊繞組主要用在中等容量，中等電壓和轉(zhuǎn)速的電機(jī)上卸夕。復(fù)式繞組用在大容量電機(jī)上层释。