直流有刷電動(dòng)機(jī)是內(nèi)部有整流子（換相器）的電動(dòng)機(jī)，可以由直流電供電運(yùn)動(dòng)。直流有刷電動(dòng)機(jī)可以將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，而且所需的直流電源已當(dāng)時(shí)普遍使用在商用及工業(yè)大樓中，因此是早期商品化的重要電器設(shè)備。直流有刷電動(dòng)機(jī)可以用調(diào)整工作電壓或是磁場(chǎng)強(qiáng)度的作法來改變其轉(zhuǎn)速。依照磁場(chǎng)繞組供電方式的不同，直流有刷電動(dòng)機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性可以調(diào)整為定速度特性，或是速度和負(fù)載成反比的模式。直流有刷電動(dòng)機(jī)會(huì)使用在電力推進(jìn)系統(tǒng)、吊車、造紙機(jī)及軋鋼廠中。由于直流有刷電動(dòng)機(jī)中的電刷會(huì)磨損，需要定期保養(yǎng)更換，隨著電力電子學(xué)的發(fā)展，直流無刷電動(dòng)機(jī)已在許多應(yīng)用中取代了直流有刷電動(dòng)機(jī)。

結(jié)構(gòu)

　　直流有刷電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造包括電樞、場(chǎng)磁鐵、集電環(huán)和電刷。

1. 　　電樞：可以繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的軟鐵芯纏繞多圈線圈。

2. 　　場(chǎng)磁鐵：產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)力永久磁鐵或電磁鐵。

3. 　　集電環(huán)：線圈兩端接至兩片半圓形的集電環(huán)，隨線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，可供改變電流方向的變向器。每轉(zhuǎn)動(dòng)半圈（180度），線圈上的電流方向就改變一次。

4. 　　電刷：通常使用碳制成，集電環(huán)接觸固定位置的電刷，用以接至電源。

簡(jiǎn)易兩極直流電動(dòng)機(jī)的原理

　　下圖是簡(jiǎn)易二極有刷直流電動(dòng)機(jī)的原理。

　　若繞在軟磁性材料上的線圈，其中有電流流過，又放在外加磁場(chǎng)下，依弗萊明左手定則，線圈一端的導(dǎo)線會(huì)受一個(gè)和磁場(chǎng)和電流垂直的力，另一端的導(dǎo)線則會(huì)受一反方向的力。這二個(gè)力會(huì)使線圈旋轉(zhuǎn)。若要讓線圈持續(xù)往同一方向旋轉(zhuǎn)，若針對(duì)二極電動(dòng)機(jī)，每旋轉(zhuǎn)半圈時(shí)，線圈上的直流電需改變方向，使線圈繼續(xù)往同一方向旋轉(zhuǎn)。

　　上述電動(dòng)機(jī)的一個(gè)問題是出現(xiàn)在線圈和磁場(chǎng)平行的情形下，也就是定子和轉(zhuǎn)子差90度的情形下，此時(shí)的力矩為零。在上圖中，左側(cè)第二圖即為線圈和磁場(chǎng)平行的情形。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子若在此位置，無法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。不過只要電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，通過此位置時(shí)，會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)子的慣性而使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　這種二極的設(shè)計(jì)還有另一個(gè)問題。在零轉(zhuǎn)矩的位置，二個(gè)整流電刷會(huì)同時(shí)碰觸到二個(gè)換相片（commutator plates），造成短路。電源線會(huì)因?yàn)閾Q相片而短路，而線圈也會(huì)因?yàn)殡娝⒍诙搪仿窂街?。（上述零力矩的問題和此問題無關(guān)，就算短路時(shí)線圈通過大電流，產(chǎn)生的力矩仍然是零。）此處短暫的短路無法產(chǎn)生動(dòng)力。若是電池供電，低電流的應(yīng)用，問題可能還不大。但若二極電動(dòng)機(jī)的功率到達(dá)數(shù)百瓦，短路可能會(huì)讓整流子嚴(yán)重過熱，若電刷是金屬的，甚至可能讓電刷熔化。若使用碳刷，就不會(huì)有熔化的問題。而這樣的短路在電力上是種浪費(fèi)，一方面會(huì)讓電池的電快速耗盡，而供電線路不能只考慮電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要的電流，也需考慮短路的電流。

　　有關(guān)避免短路的問題，有個(gè)簡(jiǎn)單的處理方式，是讓二個(gè)換相片之間的間隙比電刷之間的間隙要大。這會(huì)增加在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)零力矩的比例，但可以避免短路的問題。而且在此修改外，只要讓電動(dòng)機(jī)固定在零力矩的位置，不讓它轉(zhuǎn)動(dòng)，即可有效的讓電動(dòng)機(jī)停止。在自制的業(yè)余電動(dòng)機(jī)中仍可看到這種設(shè)計(jì)。此作法明顯的有個(gè)缺點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一圈會(huì)固定有二小段時(shí)間沒有力矩，其輸出力矩是脈動(dòng)力矩。若用在電扇或是飛輪上，問題不大，但在許多應(yīng)用中是完全不合適的，例如像錄音機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，需要定速轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，或是常常需要快速加減速的設(shè)備。另外一個(gè)缺點(diǎn)是線圈的電感很大，上面的電流不允許瞬間的變化。其電流可能會(huì)從換相片和電刷之間的間隙跳火，因此產(chǎn)生電弧。

　　就算在電扇和飛輪的應(yīng)用中，也有一個(gè)缺點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)在一些特定位置（零力矩點(diǎn)）無法自行啟動(dòng)，因此這種電動(dòng)機(jī)不太適合實(shí)際的使用。實(shí)務(wù)上直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不只二極，因此可以在任意位置下啟動(dòng)，不會(huì)有力矩為零的位置，不論在哪個(gè)位置，流經(jīng)線圈的電流都可以產(chǎn)生力矩。許多玩具和小型電器中常見的直流有刷電動(dòng)機(jī)，也是最簡(jiǎn)單的量產(chǎn)直流電動(dòng)機(jī)，其電樞繞組是三極的。電刷可以跨接二個(gè)相鄰的換相片，不會(huì)造成短路。三極繞組的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電刷上的電流可能是透過二個(gè)繞組或是一個(gè)繞組。若啟動(dòng)時(shí)，某一繞組的電流是標(biāo)準(zhǔn)值的一半（此繞組和另一繞組并聯(lián)），其電流會(huì)上升到其標(biāo)準(zhǔn)值，再降至其標(biāo)準(zhǔn)值的一半，接下來電流量值有類似的變化，但符號(hào)由正變負(fù)。這個(gè)階梯狀的電流比較接近弧波，其力矩變化也會(huì)比二極轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)（每一相的電流比較接近方波）。其電流變化較小，因此比較不會(huì)有電刷產(chǎn)生電弧的情形。

　　若直流電動(dòng)機(jī)的軸因?yàn)橥饬ΧD(zhuǎn)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)會(huì)類似發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（EMF）。在正常運(yùn)作下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓，稱為反電動(dòng)勢(shì)（CEMF）。電動(dòng)機(jī)在靜止時(shí)其電阻很小，但在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，給相同的電壓，其電流會(huì)小于靜止時(shí)的電流，就是因?yàn)榉措妱?dòng)勢(shì)的影響。因此，電動(dòng)機(jī)上的壓降除了電阻的壓降外，還有反電動(dòng)勢(shì)及雜散電壓降。其電流的方程如下：

　　{\displaystyle I={\frac{V_{\text{applied}}-V_{\text{cemf}}}{R_{\text{armature}}}}}{\displaystyle I={\frac{V_{\text{applied}}-V_{\text{cemf}}}{R_{\text{armature}}}}}

　　電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功如下：

　　{\displaystyle P=I\cdot V_{\text{cemf}}}{\displaystyle P=I\cdot V_{\text{cemf}}}

　　若無載的直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，避免電流繼續(xù)增加。在轉(zhuǎn)速上升時(shí)其電流會(huì)繼續(xù)下降，因此自由旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)其電流很小。電動(dòng)機(jī)在有負(fù)載時(shí)，其電流才會(huì)上升。

換相面

　　在電滾子（dynamo）中，穿過一對(duì)電刷的接觸面中心，和電樞旋轉(zhuǎn)軸平行的平面稱為“換相面”（commutating plane）。圖中只繪出換相面和一個(gè)電刷之間的關(guān)系，假設(shè)另一側(cè)旳電刷也以類似和方式和換相面接觸。

定子磁場(chǎng)扭曲的補(bǔ)償

　　真實(shí)電滾子的磁場(chǎng)不均勻。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)引發(fā)磁場(chǎng)的效應(yīng)，會(huì)使?fàn)恳ㄗ拥拇帕€，使其扭曲。

　　轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的越快，磁場(chǎng)扭曲的情形就越嚴(yán)重。若讓轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)垂直，運(yùn)作的效率最高，因此需要調(diào)整電刷的位置讓轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和扭曲后的扭曲磁場(chǎng)成直角。

　　若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，其磁場(chǎng)效應(yīng)也會(huì)相反，其真實(shí)換相面位置也會(huì)不同，因此很難制作高效率、可反轉(zhuǎn)的換相電滾子。

　　這個(gè)效果類似內(nèi)燃機(jī)中的點(diǎn)火正時(shí)。一般而言電滾子會(huì)設(shè)定在以固定轉(zhuǎn)向以及速度旋轉(zhuǎn)，因此其電刷會(huì)固定在該轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速下最大效率的位置。

　　繞線定子的直流電動(dòng)機(jī)會(huì)用換相場(chǎng)繞組和補(bǔ)償繞組來補(bǔ)償磁場(chǎng)的扭曲。

設(shè)計(jì)上分類

　　直流有刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是由繞組組成，定子可能是繞組，也可能是永久磁鐵。

繞線定子

　　場(chǎng)繞組有四種基本的型式：他激（sepex）、串激式繞組（Series）、并激式繞組（shunt），以及合并串激和并激的復(fù)激式（compound）繞組。

　　他激(勵(lì))式電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組與電樞沒有電的聯(lián)系，勵(lì)磁電路是由另外直流電源供給的，因此勵(lì)磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。會(huì)用在直流牽引電動(dòng)機(jī)，以控制車輪滑轉(zhuǎn)。

　　并激(勵(lì))式電動(dòng)機(jī)中，并勵(lì)繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過他的勵(lì)磁電流較小。負(fù)載增加時(shí)，扭力增加，轉(zhuǎn)速不太受影響。

　　串激(勵(lì))電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組是和電樞串聯(lián)的，所以這種電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵(lì)磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)較少。串激式電動(dòng)機(jī)在負(fù)載增大時(shí)，扭力增大但轉(zhuǎn)速減慢。

　　復(fù)激式電動(dòng)機(jī)具有并激式和串激式的特性，大起動(dòng)扭力及較穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

永久磁鐵電動(dòng)機(jī)

　　永久磁鐵定子的電動(dòng)機(jī)，其性能比直流電動(dòng)機(jī)、激磁電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)都好，是分?jǐn)?shù)馬力應(yīng)用中常用的電動(dòng)機(jī)。永久磁鐵電動(dòng)機(jī)和其他單饋電機(jī)比較，永久磁鐵電動(dòng)機(jī)體積較小、較有效率，可靠度也比較高。

　　一開始大型的工業(yè)直流電動(dòng)機(jī)會(huì)用定子繞組電動(dòng)機(jī)，或是轉(zhuǎn)子磁鐵電動(dòng)機(jī)。因?yàn)楹茈y找到可以維持高磁場(chǎng)強(qiáng)度的材料，因此以往永久磁鐵電動(dòng)機(jī)只會(huì)用在小功率的應(yīng)用中。近來材料科學(xué)的進(jìn)步，已可以制造高強(qiáng)度的永久磁鐵（例如釹磁鐵），因此可以開發(fā)小型高功率的電動(dòng)機(jī)，不需要大體積的場(chǎng)繞組以及激磁元件。不過隨著高性能的永久磁鐵越來越多的應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，也開始出現(xiàn)其他的問題。

軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)

　　主條目：軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)

　　傳統(tǒng)直流有刷電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)是徑向的，會(huì)和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸交叉。不過也有一些電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是讓磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)軸平行，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)切割磁場(chǎng)。因此可以有較強(qiáng)的磁場(chǎng)（特別是用海爾貝克陣列的磁鐵排列方式時(shí)）。這可以讓電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)有較大的功率輸出。不過其集中的磁通密度會(huì)受到殘留磁通密度的限制，而且磁芯飽和的磁通密度是主要的設(shè)制限制。

速度控制

　　一般而言，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和繞組的電動(dòng)勢(shì)（加在繞組上的電壓減去本身的電阻壓降）成正比，其力矩和電流成正比。速度控制可以用調(diào)整電池、調(diào)整電源電壓、電阻或是電子控制的方式達(dá)成。有一些速度控制相關(guān)的模擬。繞線場(chǎng)繞組直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向可以用將場(chǎng)繞組或電樞電流反向（但不能兩者都反向）的方向來達(dá)成。電流反向的電路可以用特殊的繼電器來達(dá)成。等效電壓可以用串聯(lián)電阻來調(diào)整，或是用晶閘管、晶體管或水銀整流器制成的控制設(shè)備來調(diào)整。

串并聯(lián)

　　在電力電子學(xué)技術(shù)問世之前，串并聯(lián)控制是鐵路牽引電動(dòng)機(jī)控制的標(biāo)準(zhǔn)作法。電力機(jī)車上有四顆電動(dòng)機(jī)，可以用以下的三種方式接線：

• 　　所有的電動(dòng)機(jī)串聯(lián)（電動(dòng)機(jī)端電壓是線電壓的四分之一），其轉(zhuǎn)速最低。

• 　　二個(gè)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，最后再將二組電動(dòng)機(jī)并聯(lián)（電動(dòng)機(jī)端電壓是線電壓的一半）。

• 　　所有電動(dòng)機(jī)并聯(lián)（電動(dòng)機(jī)端電壓是線電壓），其轉(zhuǎn)速最高。

　　上述都是假設(shè)電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行在最小電阻損失的速度。若是在啟動(dòng)或是加速，需要用電阻進(jìn)行額外的控制，若用電子控制系統(tǒng)，即可不用用電阻進(jìn)行額外的控制。

弱磁控制

　　弱磁（field weakening）控制是提升電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式。直流電動(dòng)機(jī)的弱磁控制可以用在并激場(chǎng)繞組中串聯(lián)電阻，或是在串激繞組中增加電阻來達(dá)到，都可以降低場(chǎng)繞組的電流。若磁場(chǎng)降低，反電動(dòng)勢(shì)也會(huì)降低，因此電樞繞組可以通過較大電流，使速度增加。直流電動(dòng)機(jī)的弱磁控制一般會(huì)配合其他控制方式（例如串并聯(lián)控制）使用。

斬波器

　　在斬波器電路中，會(huì)快速的切換提供給電動(dòng)機(jī)的電壓，來調(diào)整給電動(dòng)機(jī)的平均電壓。斬波器會(huì)調(diào)整輸出導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例，以調(diào)整給電動(dòng)機(jī)的平均電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之變化。導(dǎo)通時(shí)間的比例乘以供電電壓，即為給電動(dòng)機(jī)的平均電壓。例如供電電壓100V，導(dǎo)通時(shí)間占25%，電動(dòng)機(jī)的平均電壓即為25V。在輸出關(guān)斷時(shí)，電樞的電感會(huì)讓電流持續(xù)導(dǎo)通，因此開關(guān)上需要和開關(guān)并聯(lián)的飛輪二極管，在此情形下讓電流導(dǎo)通，此時(shí)供電電流為0。若輸出導(dǎo)通占比是100%，電動(dòng)機(jī)電流等于供電電流?？焖偾袚Q會(huì)產(chǎn)生切換損失，但是比串聯(lián)電阻產(chǎn)生的損失要小。此方式也稱為是脈沖寬度調(diào)變（PWM），會(huì)用微處理器實(shí)現(xiàn)。有時(shí)會(huì)在輸出端加裝濾波器，使輸出的平均電壓比較平緩，也可以減少電動(dòng)機(jī)線上的噪聲。

　　串激繞組的直流電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)有最高的轉(zhuǎn)矩，常用在牽引電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用（例如鐵路機(jī)車及有軌電車）。另外一種應(yīng)用是汽油引擎和柴油引擎車輛的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。若電動(dòng)機(jī)有可能會(huì)無載運(yùn)轉(zhuǎn)（例如皮帶驅(qū)動(dòng)），不能使用串接繞組電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)加速時(shí)，其電樞電流（和磁場(chǎng)電流）會(huì)下降。磁場(chǎng)下降也再讓電動(dòng)機(jī)加速，因此形成正回授，最后會(huì)讓電動(dòng)機(jī)損壞，若是直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇冷卻的電動(dòng)機(jī)，比較不會(huì)有這類的問題。在鐡路應(yīng)用上，因?yàn)檐囕喛赡軙?huì)暫時(shí)離開鐵軌，失去附著力，這可能會(huì)造成問題，除非很快可以重新控制電動(dòng)機(jī)，否則電動(dòng)機(jī)的速度會(huì)上升到相當(dāng)高的速度。這不會(huì)會(huì)損害電動(dòng)機(jī)和齒輪，因?yàn)檐囕喓丸F軌的速度差，使其快速加熱和冷卻，也會(huì)破壞車輪和鐵軌。有些應(yīng)用會(huì)用電子控制導(dǎo)入弱磁控制，以增加電動(dòng)機(jī)的速度。最簡(jiǎn)單的作法是用接觸器和弱磁電阻。利用電子控制監(jiān)控電動(dòng)機(jī)電流，當(dāng)電流小于設(shè)定值時(shí)（此時(shí)，電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速）串接弱磁電阻。此時(shí)的轉(zhuǎn)速會(huì)超過額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流增加時(shí)，接觸器會(huì)切斷弱磁電阻，讓電動(dòng)機(jī)回到正常的轉(zhuǎn)速。

Ward Leonard

　　Ward Leonard控制可以控制并激型或復(fù)激式的直流電動(dòng)機(jī)，而且可以在交流電源下控制直流電動(dòng)機(jī)的速度（若在直流電源的架構(gòu)，也是有類似的好處）。會(huì)由交流電源來驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)（多半會(huì)是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)），交流電動(dòng)機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)直流發(fā)電機(jī)。繞組的直流輸出直接接到直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組（有時(shí)會(huì)是在相同架構(gòu)下，不過也有例外）。直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)繞組會(huì)個(gè)別用可變電阻進(jìn)行控制。透過調(diào)整發(fā)電機(jī)場(chǎng)電流和電動(dòng)機(jī)場(chǎng)電流，可以從電動(dòng)機(jī)靜止到全速范圍內(nèi)都有精準(zhǔn)的速度控制，而且可以有定轉(zhuǎn)矩。自Ward Leonard控制問世之后，這就是電動(dòng)機(jī)控制的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，一直到晶閘管電力電子系統(tǒng)問世后，才被電力電子系統(tǒng)取代。當(dāng)時(shí)只要是需要良好速度控制的應(yīng)用，都會(huì)用Ward Leonard控制，從載人電梯到大型礦井井上繞組設(shè)備，甚至是工業(yè)過程設(shè)備以及電動(dòng)吊車等。Ward Leonard控制的主要缺點(diǎn)是其架構(gòu)至少需要三臺(tái)電機(jī)（電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)），若是非常大型的應(yīng)用，直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)會(huì)配兩組，再串聯(lián)可變電阻控制，因此會(huì)需要五臺(tái)電機(jī)。在許多的應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以避免需要用電時(shí)才讓電動(dòng)機(jī)加速，因而造成的時(shí)間延遲。小型到中型的Ward Leonard控制器已被晶閘管電力電子系統(tǒng)取代，但有些數(shù)千馬力的Ward Leonard控制器仍在運(yùn)作。其場(chǎng)電流遠(yuǎn)小于電樞電流，因此可以用小型的晶閘管控制，此方式控制的電動(dòng)機(jī)功率會(huì)比直接用晶閘管控制的電動(dòng)機(jī)功率要大的多。例如在某個(gè)應(yīng)用中，控制發(fā)電機(jī)場(chǎng)電流的晶閘管額定只需要300A，但發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流超過15,000 A，若直接用晶閘管控制，不但價(jià)格昂貴，而且也沒有效率。

直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速

　　直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩會(huì)依其激磁方式而不同。會(huì)依照負(fù)載的不同，選擇他激場(chǎng)繞組、自激場(chǎng)繞組或是永久磁鐵激磁來控制電動(dòng)機(jī)。自激場(chǎng)繞組的電動(dòng)機(jī)，其場(chǎng)繞組也可以用并激式、串激式或是復(fù)激式。

基本特性

　　定義

• 　　Eb，反電動(dòng)勢(shì)（V）

• 　　Ia，電樞電流（A）

• 　　kb，反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)

• 　　kn，速度方程常數(shù)

• 　　kT，力矩方程常數(shù)

• 　　n，場(chǎng)電樞頻率（rpm）

• 　　Rm，電動(dòng)機(jī)電阻（Ω）

• 　　T，電動(dòng)機(jī)力矩（Nm）

• 　　Vm，電動(dòng)機(jī)輸入電壓（V）

• 　　Φ，機(jī)器總磁通量（Wb）

• 　　卡特系數(shù)（Carter's coefficient，kC）是在在開槽（open slots）或半閉槽（semi-enclosed slots）的情形下，估計(jì)電動(dòng)機(jī)電樞有效槽距（slot pitch）的方式[6]。

反電動(dòng)勢(shì)方程

　　直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)和總磁通強(qiáng)度和電樞速度的乘積成正比：

　　Eb=kbΦn

電壓平衡方程

　　直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓需克服反電動(dòng)勢(shì)，也要克服電動(dòng)機(jī)電樞繞線、場(chǎng)繞線和電刷電阻產(chǎn)生的電壓降：

　　Vm=Eb+Rm Ia

力矩方程

　　直流電動(dòng)機(jī)的力矩和電樞電流和總磁通強(qiáng)度的乘積成正比

　　{\displaystyle{\begin{aligned}T&={\frac{1}{2\pi}}k_I_{a}\Phi\\&=k_{T}I_{a}\Phi\end{aligned}}}{\displaystyle{\begin{aligned}T&={\frac{1}{2\pi}}k_I_{a}\Phi\\&=k_{T}I_{a}\Phi\end{aligned}}}：

　　其中

　　kT=

　　kb

　　/

　　2π

速率方程

　　因?yàn)?/span>

　　n=

　　Eb

　　/

　　kbΦ

　　and

　　Vm=Eb+Rm Ia

　　可得

　　{\displaystyle{\begin{aligned}n&={\frac{V_{m}-R_{m}I_{a}}{k_\Phi}}\\&=k_{n}{\frac{V_{m}-R_{m}I_{a}}{\Phi}}\end{aligned}}}{\displaystyle{\begin{aligned}n&={\frac{V_{m}-R_{m}I_{a}}{k_\Phi}}\\&=k_{n}{\frac{V_{m}-R_{m}I_{a}}{\Phi}}\end{aligned}}}

　　其中

　　kn=

　　1

　　/

　　kb

轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速特性

并激繞組式電動(dòng)機(jī)

　　并激式電動(dòng)機(jī)的高電阻（場(chǎng)繞組）和電樞并聯(lián)，Vm,Rm和?都是定值，因此從無載到滿載的速度變化率（speed regulation）最少會(huì)大于5%。速度控制的方式有以下三種：

• 　　改變場(chǎng)電壓

• 　　弱磁

• 　　改變場(chǎng)繞組上的電阻

串激繞組式電動(dòng)機(jī)

　　主條目：交流整流子電動(dòng)機(jī)

　　串激繞組式電動(dòng)機(jī)在負(fù)載變大時(shí)其轉(zhuǎn)速會(huì)降低，電流增加，因?yàn)殡娏魍瑫r(shí)流到電樞和場(chǎng)繞組，轉(zhuǎn)矩會(huì)和電流的平方成正比。電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，其電流只受繞組本身的電阻所限制，因此轉(zhuǎn)矩會(huì)相當(dāng)高，但有繞組過熱的風(fēng)險(xiǎn)。串激繞組式電動(dòng)機(jī)以往常用在各種鐵路運(yùn)輸?shù)臓恳妱?dòng)機(jī)，不過后來已被逆變器驅(qū)動(dòng)的交流異步電動(dòng)機(jī)所取代。電動(dòng)機(jī)電樞繞組上的反電動(dòng)勢(shì)和其電阻可以限制流經(jīng)電樞的電流。電動(dòng)機(jī)剛送電啟動(dòng)時(shí)，電樞靜止未旋轉(zhuǎn)，反電動(dòng)勢(shì)是零，此時(shí)只靠電樞電阻來限制電流?？深A(yù)期的，此時(shí)通過電樞的電流會(huì)很大，因此在啟動(dòng)時(shí)需要額外的電阻和電樞串聯(lián)來限制電流，直到電樞已旋轉(zhuǎn)，可產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)為止。若電動(dòng)機(jī)已開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以逐漸的將電阻切離。

　　串激繞組式電動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是其轉(zhuǎn)速和需要驅(qū)動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩有關(guān)。這適合驅(qū)動(dòng)大慣量的負(fù)載，因?yàn)樵诩铀贂r(shí)會(huì)需要最大轉(zhuǎn)矩，當(dāng)開始加速后其轉(zhuǎn)矩就可以慢慢減少。

　　串激繞組式電動(dòng)機(jī)在無載時(shí)的速度可能會(huì)非?？?，甚至?xí)斓綍?huì)造成危險(xiǎn)的程度，因此串激繞組式電動(dòng)機(jī)多半會(huì)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，或是用齒輪連接負(fù)載。

永久磁鐵電動(dòng)機(jī)

　　永久磁鐵直流電動(dòng)機(jī)的特性是堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（stall torque，軸靜止時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩）和軸上沒有負(fù)載時(shí)的無載轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系。

保護(hù)

　　要延長(zhǎng)直流電動(dòng)機(jī)的壽命，可以使用保護(hù)裝置以及電機(jī)控制器來避免電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損壞、過度潮濕、電擊穿、高溫或是熱過載。保護(hù)設(shè)備會(huì)感測(cè)電動(dòng)機(jī)的異常條件，并且產(chǎn)生警報(bào)提醒操作者，或是在故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)將電動(dòng)機(jī)斷電。電動(dòng)機(jī)的過載可以用熱過載繼電器來保護(hù)。有些電動(dòng)機(jī)在繞組中嵌有雙金屬過載繼電器，在溫度過高時(shí)，雙金屬帶會(huì)往不同方向偏折，使電路及電動(dòng)機(jī)開路。加熱器是外加的熱過載保護(hù)器，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)繞組上，裝在電動(dòng)機(jī)的接觸器上。當(dāng)過電流時(shí)接點(diǎn)會(huì)熔化，使電動(dòng)機(jī)電路開路。雙金屬加熱器的效果類似嵌入式雙金屬保護(hù)器。保險(xiǎn)絲及斷路器可以保護(hù)過電流或是短路。接地故障繼電器也可以用來作接地短路保護(hù)。接地故障繼電器會(huì)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)繞組電流以及接地系統(tǒng)電流。若在電動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)組中，會(huì)有反向電流繼電器避免電池放電，反而發(fā)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)若喪失磁場(chǎng)，可能會(huì)造成有危險(xiǎn)性的速度過高失控（runaway），因此會(huì)將失磁電驛（loss of field relays）和電動(dòng)機(jī)場(chǎng)繞組并聯(lián)以感測(cè)場(chǎng)電流。若場(chǎng)電流低于一定值，電驛會(huì)切斷電動(dòng)機(jī)的電樞電路。轉(zhuǎn)子鎖死的條件會(huì)讓電動(dòng)機(jī)在開始啟動(dòng)程序后無法加速運(yùn)轉(zhuǎn)。距離繼電器可以避免類似情形。低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)一般會(huì)整合到電動(dòng)機(jī)控制器或是緩啟動(dòng)器中。此外，針對(duì)電壓突波或是浪涌電流（surges）可以用隔離變壓器、電力穩(wěn)壓器、壓敏電阻、突波保護(hù)器及諧波濾波器來保護(hù)。

　　環(huán)境條件（像是灰塵、爆炸性蒸氣、水、高周溫等）都會(huì)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行有負(fù)面影響。為了要保護(hù)電動(dòng)機(jī)，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）都已將電動(dòng)機(jī)的外殼標(biāo)準(zhǔn)化，針對(duì)保護(hù)電動(dòng)機(jī)不受這些污染來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)階段也會(huì)使用電腦軟件（例如Motor-CAD來提升電動(dòng)機(jī)的熱效率。

參數(shù)和狀態(tài)估測(cè)

　　有許多研究在估測(cè)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，作法包括有傳統(tǒng)以模型為主的估測(cè)器，例如擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）和Luenberger觀測(cè)器，也有使用智能的估測(cè)器，例如級(jí)聯(lián)前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（cascade-forward neural network、CFNN）及準(zhǔn)牛頓BFGS反向傳播（quasi-Newton BFGS backpropagation）。

關(guān)于直流有刷電動(dòng)機(jī)，小編為大家就分享這些。歡迎聯(lián)系我們合運(yùn)電氣有限公司，以獲取更多相關(guān)知識(shí)。