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直流電機的工作原理基于電磁感應定律和安培力定律，根據(jù)運行狀態(tài)（電動機 / 發(fā)電機）的不同，能量轉換方向和具體原理有所區(qū)別，核心是磁場與電流的相互作用，以及換向器 - 電刷組件的換向作用。
1. 電動機狀態(tài)（電能→機械能）
這是直流電機zui常用的運行模式，原理核心是通電導體在磁場中受安培力作用產(chǎn)生轉矩。
建立磁場
定子的勵磁繞組通入直流電，產(chǎn)生一個方向固定的主磁場。
電樞通電受力
電樞繞組通過電刷和換向器接入直流電，繞組中的導體成為載流導體。根據(jù)安培力定律，載流導體在主磁場中會受到方向垂直于磁場和電流方向的電磁力。
換向器的關鍵作用
當轉子轉動到一定角度時，導體的位置會越過磁場的中性面，此時換向器會自動改變該導體中的電流方向，保證導體在磁場的不同區(qū)域始終受到同一方向的電磁力，進而使轉子持續(xù)旋轉，輸出穩(wěn)定的機械能。
2. 發(fā)電機狀態(tài)（機械能→電能）
此狀態(tài)下電機作為電源使用，原理核心是導體切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢。
外力驅動轉子
由柴油機、汽輪機等原動機提供機械能，驅動電樞（轉子）旋轉。
切割磁感線生電
電樞繞組的導體在定子主磁場中做切割磁感線的運動，根據(jù)電磁感應定律，導體中會產(chǎn)生感應電動勢。此時繞組內部的感應電流實際是交流電（因為導體交替切割不同方向的磁場）。
換向器整流輸出
換向器與電刷配合，將電樞繞組內部的交流電整流為直流電，最終通過電刷輸出到外部電路，實現(xiàn)機械能到直流電能的轉換。
