直流电动机的物理模型如图3-11所示,图中N、S表示定子磁极,abcd表示固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈,线圈连同导磁圆柱体叫作电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接至两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈和外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行电刷A、B接通直流电源,于是在线圈abcd中有电流流过,电流的方向如图3-11所示。根据电磁力定律可知,载流导体ab、cd上受到的电磁力F为
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导体受力的方向用左手定则确定,导体ab的受力方向为从右向左,导体cd的受力方向为从左向右(图3-11)。这一对电磁力形成了作用在电枢的一个力矩,这个力矩在旋转电机里叫作电磁转矩,转矩的方向是逆时针,试图使电枢按照逆时针方向转动。若此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(如由摩擦引起的阻转矩和其他负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来。当电枢转180°后,导体cd转到N极下,导体ab转到S极下时,因为直流电源供给的电流方向不变,仍从电刷A流入,经导体cd、ab后,从电刷B流出。此时导体cd的受力方向变为从右向左,导体ab的受力方向变为从左向右,产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。所以,电枢一经转动,因为换向器配合电刷对电流的换向作用,直流电流交替地由导体ab与cd流入,使线圈边只要处于N极下其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向,而在S极下时,总是从电刷B流出的方向。
这就确保了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向,从而形成一种方向不变的转矩,使电动机能连续地旋转。
