了解直流發(fā)電機組件，如勵磁繞組、電樞、換向器、電刷和框架。

　　發(fā)電機（交流發(fā)電機）是一種利用電磁感應(yīng)將機械能轉(zhuǎn)換為電能的機器。直流 (DC) 發(fā)電機的工作原理是，當(dāng)導(dǎo)體線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)時，會在導(dǎo)體線圈中感應(yīng)出電壓。線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)的速率決定了線圈中感應(yīng)電壓的大小。當(dāng)導(dǎo)體線圈在磁場中以恒定速率旋轉(zhuǎn)時，線圈中感應(yīng)的電壓與在任何給定時刻通過線圈環(huán)路的磁通量的變化率成正比。直流發(fā)電機由勵磁繞組、電樞、換向器、電刷和機座組成（見圖1）。

　　圖 1.直流發(fā)電機由勵磁繞組、電樞、換向器、電刷和框架組成。
　　勵磁繞組
　　發(fā)電機中使用勵磁繞組來產(chǎn)生所需的磁場。磁場也可以由永磁體產(chǎn)生。永磁體用于磁電機，這是一種非常小的機器。永磁體的磁力線隨著年齡的增長而減弱，并且其強度無法出于控制目的進(jìn)行調(diào)整。大多數(shù)發(fā)電機都使用必須供電的電磁體。如果勵磁繞組的電流由外部電源（另一臺發(fā)電機或電池）提供，則發(fā)電機單獨勵磁。如果發(fā)電機為勵磁繞組提供自己的電流，則該發(fā)電機被稱為自勵式發(fā)電機。一般來說，直流發(fā)電機是自勵磁的。
　　銜鐵

　　直流發(fā)電機中始終存在旋轉(zhuǎn)電樞和固定磁場（勵磁繞組）。旋轉(zhuǎn)電樞中有許多線圈。雖然增加線圈數(shù)量可以降低輸出電壓紋波（脈動），但不可能完全消除它們。電樞鐵芯由鋼板疊片制成，疊片之間通過清漆涂層實現(xiàn)電氣隔離（見圖2）。

　　圖 2.電樞鐵芯由鋼板疊片制成，疊片之間通過清漆涂層實現(xiàn)電氣隔離。
　　渦流是由于感應(yīng)磁場的變化率而在設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)中感應(yīng)出的不需要的電流。鋼板疊片用于防止渦流。鋼板疊片增加了對渦流的整體阻力并限制熱量積聚。實驗表明，磁性材料中的渦流功率損耗與疊片厚度的平方成正比。因此，將疊片厚度減少 2 倍，渦流功率損耗就會減少 4 倍。
　　大功率發(fā)電機的電樞通常是固定部件（定子）。然后磁場就成為發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。這種設(shè)計的原因是，由于電弧，使用電刷從電樞去除非常大的電流是不切實際的。當(dāng)電樞靜止時，使用固定接線來消除高電流。電刷用于將電流施加到勵磁繞組，因為與發(fā)電機提供的電流相比，磁場所需的電流非常小。
　　換向器

　　換向器是電樞的一個組件，它使用銅條（換向片）將每個電樞線圈連接到電刷（見圖3）。線圈導(dǎo)體的末端連接至換向器片。每當(dāng)導(dǎo)體切割磁場的磁力線時，導(dǎo)體中就會感應(yīng)出電壓。每半個周期，換向器片就會反轉(zhuǎn)與電刷的連接。這確保了發(fā)電機的輸出電壓具有恒定的極性。

　　圖 3。換向器是電樞的一個組件，它使用銅條（換向片）將每個電樞線圈連接到電刷。
　　直流發(fā)電機使用楔形換向片。換向片的數(shù)量由電壓和發(fā)電機的極數(shù)決定。換向片由 V 形環(huán)固定在一起。換向片之間的電壓限制為 15 V，以防止產(chǎn)生電弧。換向片由組裝在圓柱體上的硬拉銅制成。每個分段都通過云母片與圓柱體和其他分段絕緣。
　　刷子
　　電刷是一種滑動觸點，靠在滑環(huán)上并將電樞連接到外部電路。電刷用于從發(fā)電機換向器中去除電能。電刷由碳或石墨材料制成，通常易于更換。電刷固定在電刷支架中，并且可以在支架中自由地上下移動。這種自由度允許電刷沿著換向器表面的不規(guī)則形狀移動。電刷架安裝在發(fā)電機的框架上，但與其電絕緣。電刷后面的彈簧迫使其與換向器接觸。彈簧壓力通常是可調(diào)的。辮子將電刷連接到電源。尾纖是一種延伸的柔性連接或編織銅導(dǎo)體。
　　電刷材料必須具有良好的導(dǎo)電性，并且足夠柔軟，不會損壞換向器的銅片。對于高壓電機，電刷材料由碳和石墨的混合物組成；對于低壓電機，電刷材料由石墨和金屬粉末組成。電刷中的石墨提供潤滑作用。不得使用其他潤滑劑，因為它可能會導(dǎo)致電氣問題和設(shè)備損壞。

　　在需要更換之前，電刷通常會磨損到其原始長度的一小部分。由于電刷會磨損，因此通過可調(diào)節(jié)拉力彈簧施加恒定壓力，使電刷能夠與換向器保持接觸（見圖4））。施加到刷子上的壓力通常在 1.5 psi 到 2 psi 之間。電刷張力不當(dāng)或與換向器軸線未對準(zhǔn)會導(dǎo)致過度電弧。電刷上的過多電弧極大地限制了它們的壽命。電刷處的電弧可能是由于彈簧張力不當(dāng)造成的；安裝時無法與換向器的整個區(qū)域接觸；運行過程中的振動或顫動；換向器片臟、磨損、不圓或松動；線圈和換向片之間的焊接連接不良；電樞繞組短路；或過載的發(fā)電機。

　　圖 4.由于電刷會隨著使用而磨損，因此通過可調(diào)節(jié)拉力彈簧施加恒定壓力，以便電刷能夠保持與換向器的接觸。
　　框架
　　發(fā)電機的框架為發(fā)電機部件提供機械支撐。大多數(shù)框架由一個軛架和兩個端框架組成。磁軛是框架的中心部分，勵磁線圈安裝在其中。端框架（端鐘）是框架的兩端部分。端鐘連接到磁軛上，并通過安裝在其框架中的軸承支撐電樞軸。一些發(fā)電機具有通過端架上的開口潤滑軸承的裝置?？蚣芡ǔＳ赏嘶痄撝瞥?，具有良好的磁性，可限制能量損失。典型的大型發(fā)電機可能重數(shù)百磅。冷卻風(fēng)扇通常連接在驅(qū)動軸處的鐘罩內(nèi)部或外部，以將空氣拉過發(fā)電機以達(dá)到冷卻目的。