直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。

    圖1.1是一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)的原理模型。圖中， 、 為一對(duì)固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵）， 是裝在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體表面上的一個(gè)線圈，把線圈的兩端分別接到兩個(gè)圓環(huán)（稱為滑環(huán)）上（以后把這個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的裝有線圈的圓柱體稱為電樞）。在滑環(huán)上分別放上兩個(gè)固定不動(dòng)的由石墨制成的電刷 和 。通過(guò)電刷 和 把旋轉(zhuǎn)著的電路與外部電路相聯(lián)接。

圖1.1  交流發(fā)電機(jī)原理模型

1—磁極；2—電樞；3—滑環(huán)；4—電刷

      當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞以恒速 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，在線圈邊（即導(dǎo)體） 和 中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 的大小用式（1.1）確定。

                                           （1.1）

式中  ——導(dǎo)體所在處的磁密（   ）；

  ——導(dǎo)體 或 的長(zhǎng)度（ ）;

  &upSILon; ——導(dǎo)體 或 與 之間的相對(duì)線速度（ ）。

    感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定。在圖2.1所示瞬間，導(dǎo)體 、 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向分別由 指向 和由 指向 。這時(shí)電刷 呈高電位，電刷 呈低電位。當(dāng)圖1.1中電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，導(dǎo)體 與 互換了位置，用右手定則判斷，此時(shí)導(dǎo)體 、 中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向都與圖1.1所示瞬間的相反。這時(shí)電刷A呈低電位，電刷B呈高電位。如果電樞繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)180°，導(dǎo)體 、 又轉(zhuǎn)到圖1.1所示位置，則電刷 又呈高電位，電刷 呈低電位。由此可見，圖1.1中電樞每轉(zhuǎn)一周，線圈 中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向交變一次，因此線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一種交變電動(dòng)勢(shì)，這是最簡(jiǎn)單的交流發(fā)電機(jī)的原理。

    如果想要得到直流電動(dòng)勢(shì)，那么必須把上述線圈 感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行整流，實(shí)現(xiàn)整流的裝置稱之為換向器。

    圖2.2是直流發(fā)電機(jī)的原理模型，它由兩個(gè)銅質(zhì)換向片代替圖1.1中的兩個(gè)滑環(huán)。換向片之間用絕緣材料隔開，線圈 出線端分別與兩個(gè)換向片相連，電刷 、 與換向片相接觸并固定不動(dòng)，這就是最簡(jiǎn)單的換向器。有了換向器，在電刷 、 之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就和圖1.1中電刷 、 間的電動(dòng)勢(shì)大不一樣了。例如，在圖2.2所示瞬間，線圈 中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向如圖中所示，這時(shí)電刷 呈正極性，電刷 呈負(fù)極性。當(dāng)線圈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，這時(shí)導(dǎo)體 位于 極下，導(dǎo)體 位于 極下，各導(dǎo)體中電動(dòng)勢(shì)都分別改變了方向。但是，由于換向片隨著線圈一同旋轉(zhuǎn)，本來(lái)與電刷 相接觸的那個(gè)換向片，現(xiàn)在卻與電刷 接觸了；與電刷 相接觸的換向片與電刷 接觸了，顯然這時(shí)電刷 仍呈正極性，電刷 呈負(fù)極性。從圖1.2看出，和電刷 接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于 極下，同樣，和電刷 接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于 極下。因此，電刷 始終有正極性，電刷 始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動(dòng)勢(shì)。如果電樞上線圈數(shù)增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來(lái)，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。同時(shí)也說(shuō)明了直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。

圖1.2  直流發(fā)電機(jī)的原理模型   

圖1.3  直流電動(dòng)機(jī)的原理模型

1—磁極；2—電樞；3—換向器；4—電刷          1—磁極；2—電樞；3—換向器；4—電刷