了解直流發(fā)電機(jī)組件，如勵(lì)磁繞組、電樞、換向器、電刷和框架。

發(fā)電機(jī)（交流發(fā)電機(jī)）是一種利用電磁感應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)器。直流 (DC) 發(fā)電機(jī)的工作原理是，當(dāng)導(dǎo)體線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體線圈中感應(yīng)出電壓。線圈在磁場(chǎng)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(chǎng)中以恒定速率旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中感應(yīng)的電壓與在任何給定時(shí)刻通過(guò)線圈環(huán)路的磁通量的變化率成正比。直流發(fā)電機(jī)由勵(lì)磁繞組、電樞、換向器、電刷和機(jī)座組成（見(jiàn)圖1）。

圖 1.直流發(fā)電機(jī)由勵(lì)磁繞組、電樞、換向器、電刷和框架組成。

勵(lì)磁繞組

發(fā)電機(jī)中使用勵(lì)磁繞組來(lái)產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)也可以由永磁體產(chǎn)生。永磁體用于磁電機(jī)，這是一種非常小的機(jī)器。永磁體的磁力線隨著年齡的增長(zhǎng)而減弱，并且其強(qiáng)度無(wú)法出于控制目的進(jìn)行調(diào)整。大多數(shù)發(fā)電機(jī)都使用必須供電的電磁體。如果勵(lì)磁繞組的電流由外部電源（另一臺(tái)發(fā)電機(jī)或電池）提供，則發(fā)電機(jī)單獨(dú)勵(lì)磁。如果發(fā)電機(jī)為勵(lì)磁繞組提供自己的電流，則該發(fā)電機(jī)被稱為自勵(lì)式發(fā)電機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，直流發(fā)電機(jī)是自勵(lì)磁的。

銜鐵

直流發(fā)電機(jī)中始終存在旋轉(zhuǎn)電樞和固定磁場(chǎng)（勵(lì)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(dòng)），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(guò)清漆涂層實(shí)現(xiàn)電氣隔離（見(jiàn)圖2）。

圖 2.電樞鐵芯由鋼板疊片制成，疊片之間通過(guò)清漆涂層實(shí)現(xiàn)電氣隔離。

渦流是由于感應(yīng)磁場(chǎng)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(duì)渦流的整體阻力并限制熱量積聚。實(shí)驗(yàn)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(huì)減少 4 倍。

大功率發(fā)電機(jī)的電樞通常是固定部件（定子）。然后磁場(chǎng)就成為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。這種設(shè)計(jì)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(shí)際的。當(dāng)電樞靜止時(shí)，使用固定接線來(lái)消除高電流。電刷用于將電流施加到勵(lì)磁繞組，因?yàn)榕c發(fā)電機(jī)提供的電流相比，磁場(chǎng)所需的電流非常小。

換向器

換向器是電樞的一個(gè)組件，它使用銅條（換向片）將每個(gè)電樞線圈連接到電刷（見(jiàn)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(chǎng)的磁力線時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)感應(yīng)出電壓。每半個(gè)周期，換向器片就會(huì)反轉(zhuǎn)與電刷的連接。這確保了發(fā)電機(jī)的輸出電壓具有恒定的極性。

圖 3。換向器是電樞的一個(gè)組件，它使用銅條（換向片）將每個(gè)電樞線圈連接到電刷。

直流發(fā)電機(jī)使用楔形換向片。換向片的數(shù)量由電壓和發(fā)電機(jī)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(gè)分段都通過(guò)云母片與圓柱體和其他分段絕緣。

刷子

電刷是一種滑動(dòng)觸點(diǎn)，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(jī)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(dòng)。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(dòng)。電刷架安裝在發(fā)電機(jī)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(huì)損壞換向器的銅片。對(duì)于高壓電機(jī)，電刷材料由碳和石墨的混合物組成；對(duì)于低壓電機(jī)，電刷材料由石墨和金屬粉末組成。電刷中的石墨提供潤(rùn)滑作用。不得使用其他潤(rùn)滑劑，因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致電氣問(wèn)題和設(shè)備損壞。

在需要更換之前，電刷通常會(huì)磨損到其原始長(zhǎng)度的一小部分。由于電刷會(huì)磨損，因此通過(guò)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(jiàn)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(duì)準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致過(guò)度電弧。電刷上的過(guò)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(shí)無(wú)法與換向器的整個(gè)區(qū)域接觸；運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)或顫動(dòng)；換向器片臟、磨損、不圓或松動(dòng)；線圈和換向片之間的焊接連接不良；電樞繞組短路；或過(guò)載的發(fā)電機(jī)。

圖 4.由于電刷會(huì)隨著使用而磨損，因此通過(guò)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(jī)的框架為發(fā)電機(jī)部件提供機(jī)械支撐。大多數(shù)框架由一個(gè)軛架和兩個(gè)端框架組成。磁軛是框架的中心部分，勵(lì)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(guò)安裝在其框架中的軸承支撐電樞軸。一些發(fā)電機(jī)具有通過(guò)端架上的開(kāi)口潤(rùn)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(jī)可能重?cái)?shù)百磅。冷卻風(fēng)扇通常連接在驅(qū)動(dòng)軸處的鐘罩內(nèi)部或外部，以將空氣拉過(guò)發(fā)電機(jī)以達(dá)到冷卻目的。