直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。

　　直流電機里邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。

　　直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。

　　感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。

　　導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。

　　直流電機的效率測試和計算方法

　　效率測試是所有電傳動部件及系統重要檢驗項目，GB 755 旋轉電機定額及性能標準中對各類電機設備效率檢測方法進行了詳細的介紹。旋轉電機效率測試主要有直接測試法及損耗分析法，效率的直接測試方法是通過對直流電機輸入輸出功率的直接測試而求得效率的方式，下面本文對直流電機效率的直接測試相關試驗方法及計算進行詳細介紹。

　　一、直流電機輸入功率和輸出功率的測量

　　直接測定效率時，電動機的輸入功率用電工儀表測量，輸出功率的機械功率用測功機、轉矩測量儀測量；發電機的輸出功率用電工儀表測量，輸入功率用測功機、轉矩測量儀測量。

　　輸入功率用電壓乘電流來計算，試驗電源為整流電源時要求采用真實讀書瓦特表或指示電壓、電流瞬時值乘積平均值的其他測量裝置直接測取電樞回路輸入功率，也可分別測量直流功率分量和交流功率分量然后求和。

　　測功機的功率，在與被試電機同樣的轉速下應不超過被試電機額定功率的三倍；轉矩測量儀的標稱轉矩，應不超過被試電機額定轉矩的三倍。測功機與被試電機之間應用彈性聯軸器連接，連接應保證良好、同心。

　　二、直流電機效率直接測試方法

　　直流電機效率直接測試試驗時，被試電機應在額定功率或額定轉矩、額定電壓及額定轉速下運行至熱穩定，讀取輸入或輸出的電壓、電流、功率、轉速及轉矩，并保存周圍冷卻空氣溫度，然后立即測定串勵、并（他）勵及電樞繞組的電阻，并將冷卻空氣溫度換算至25℃。

　　三、直流電機效率直接測試相關計算

　　被試電動機的輸出機械功率P2按照下式1計算：

　　式中：

　　TM——被試電動機輸出轉矩，N.m；

　　nM——被試電動機轉速，r/min。

　　被試電動機的效率ηM按照下式2計算：

　　式中：

　　P1——被試電動機輸入功率，W。

　　被試發電機的輸入機械功率P1（W）按下式3計算：

　　式中：

　　TG——被試發電機輸入轉矩，N.m；

　　nG——被試發電機轉速，r/min。

　　如被試發電機為他勵，則輸入功率中還應加入勵磁功率。

　　被試發電機的效率ηG按照下式4計算：

　　式中：

　　P2——被試發電機輸出電功率，W。

　　四、直流電機效率直接測試時溫度換算

　　用直接法測定電機效率時，如試驗時的冷卻空氣溫度不是25℃，應按照下式5換算到25℃。

　　式中：

　　η25——冷卻空氣溫度為25℃時電機的效率；

　　P2——效率測定時電機的額定輸出功率，W；

　　P1（25）——冷卻空氣溫度為25℃時電機的額定輸入功率，W；

　　P1——效率測定時電機的額定輸入功率，W；

　　Ia——效率測定時電機的額定電樞電流，A；

　　If——效率測定時電機的額定勵磁電流，A；

　　R2a、R2c、R2f——效率測定后立即測得的電樞繞組、勵磁繞組及并勵繞組的電阻，Ω；

　　Δθa、Δθc、Δθf——額定輸出功率時電樞繞組、串勵繞組及并勵繞組溫升值，K；

　　θ2a、θ2c、θ2f——效率測定后立即測得的電樞繞組、串勵繞組及并勵繞組的溫度，℃；

　　k——常數，對銅繞組為235，對鋁繞組除有特殊規定外應選取225。

　　θ2a按照下式7計算：

　　式中：

　　R2a——效率測定后立即測得的電樞繞組電阻，Ω；

　　R1——實際冷狀態時電樞繞組電阻，Ω；

　　θ1——實際冷狀態時電樞繞組溫度，℃；

　　k——常數，對銅繞組為235，對鋁繞組除有特殊規定外應選取225。

　　五、直流電機效率直接測試測功機轉矩讀數的修正

　　1.直流電機效率直接測試電動機輸出轉矩的修正

　　當對測量精度提出更高的要求時，則應當按照下列式中對測功機所測得輸入出或輸入轉矩值進行修正，以便求得被試電機的實際輸出或輸入轉矩值。

　　被試電動機的實際輸出轉矩按下式修正：

　　式中：

　　TM——被試電動機實際輸出轉矩，N.m；

　　T’M——試驗時測功機測得的被試電動機輸出轉矩，N.m；

　　Tfw——測功機本身消耗的轉矩，N.m。

　　2.直流電機效率直接測試發電機輸入轉矩的修正

　　被試發電機的實際輸入轉矩按下式修正：

　　式中：

　　TG——被試發電機實際輸入轉矩，N.m；

　　T’G——試驗時測功機測得的被試發電機輸出轉矩，N.m；

　　Tfw——測功機本身消耗的轉矩，N.m。

　　3.直流電機效率直接測試測功機轉矩Tfw的測定及計算方法

　　Tfw（N.m）按下式計算：

　　式中：

　　P1——被試電機在接近額定電壓下驅動測功機空載時的輸入功率（此時，測功機的電樞及勵磁回路應開路），W；

　　P0——被試電機在上述相同電壓下空載運轉時的輸入功率，W；

　　Td——測定P1時測功機指示的轉矩值，N.m；

　　nt——測定P1及Td時被試電機的轉速（此轉速應調節到等于效率測定時的轉速，r/min）。

　　上述Tfw的測定方法一般稱為空拖試驗，應在效率測定后機組安裝狀態不改變的情況下進行此項試驗。被試電動機的實際輸出轉矩TM及被試發電機的實際轉矩TG求得后，即可按照算出較準確地輸出及輸入的機械功率，從而求得較準確地效率。

　　直流電機整流電源供電紋波因素和波形因素的計算方法

　　電壓、電流紋波因數測定及電流波形因數測定是直流電機試驗中的標準試驗項目，本文主要根據GB/T 1311 直流電機試驗方法對整流電源供電的直流電機紋波因數計算方法、波形因數計算方法進行介紹。

　　一、電壓電流紋波因數的計算

　　電壓、電流波形不間斷時紋波因數的計算

　　電壓、電流波形不間斷時，其紋波因數應按照下式計算：

　　式中：

　　K0CU——電壓紋波因數;

　　Umax——脈動電壓最大值，V;

　　U民——脈動電壓最小值，V。

　　式中：

　　K0CI——電流紋波因數;

　　Imax——脈動電流最大值，A;

　　Imin——脈動電流最小值，A。

　　二、電壓、電流波形間斷時紋波因數的計算

　　電壓、電流紋波間斷時，其紋波因數應當按照下式計算：

　　式中：

　　K0CU——電壓紋波因數;

　　Umax——脈動電壓最大值，V;

　　UaV——直流電壓平均值，V。

　　式中：

　　K0CI——電流紋波因數;

　　Imax——脈動電流最大值，A;

　　IaV——直流電流平均值，A。

　　三、電流波形因數的計算

　　電流波形因數按照下式計算：

　　式中：

　　Kf——電流波形因數;

　　Irms——電流的有效值，A;

　　IaV——電流的平均值，A。