直流電機(jī)（direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 　　 　　直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個方向轉(zhuǎn)動。 　　直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)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?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼? 　　感應(yīng)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?qū)w運(yùn)動方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向）。 　　導(dǎo)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(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。 　　 　　直流電機(jī)的效率測試和計(jì)算方法 　　效率測試是所有電傳動部件及系統(tǒng)重要檢驗(yàn)項(xiàng)目，GB 755 旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額及性能標(biāo)準(zhǔn)中對各類電機(jī)設(shè)備效率檢測方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jī)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(jī)效率的直接測試相關(guān)試驗(yàn)方法及計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)介紹。 　　一、直流電機(jī)輸入功率和輸出功率的測量 　　直接測定效率時，電動機(jī)的輸入功率用電工儀表測量，輸出功率的機(jī)械功率用測功機(jī)、轉(zhuǎn)矩測量儀測量；發(fā)電機(jī)的輸出功率用電工儀表測量，輸入功率用測功機(jī)、轉(zhuǎn)矩測量儀測量。 　　輸入功率用電壓乘電流來計(jì)算，試驗(yàn)電源為整流電源時要求采用真實(shí)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(jī)的功率，在與被試電機(jī)同樣的轉(zhuǎn)速下應(yīng)不超過被試電機(jī)額定功率的三倍；轉(zhuǎn)矩測量儀的標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩，應(yīng)不超過被試電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的三倍。測功機(jī)與被試電機(jī)之間應(yīng)用彈性聯(lián)軸器連接，連接應(yīng)保證良好、同心。 　　二、直流電機(jī)效率直接測試方法 　　直流電機(jī)效率直接測試試驗(yàn)時，被試電機(jī)應(yīng)在額定功率或額定轉(zhuǎn)矩、額定電壓及額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行至熱穩(wěn)定，讀取輸入或輸出的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)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(jī)效率直接測試相關(guān)計(jì)算 　　被試電動機(jī)的輸出機(jī)械功率P2按照下式1計(jì)算： 　　 　　式中： 　　TM——被試電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，N.m； 　　nM——被試電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。 　　被試電動機(jī)的效率ηM按照下式2計(jì)算： 　　 　　式中： 　　P1——被試電動機(jī)輸入功率，W。 　　被試發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率P1（W）按下式3計(jì)算： 　　 　　式中： 　　TG——被試發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩，N.m； 　　nG——被試發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。 　　如被試發(fā)電機(jī)為他勵，則輸入功率中還應(yīng)加入勵磁功率。 　　被試發(fā)電機(jī)的效率ηG按照下式4計(jì)算： 　　 　　式中： 　　P2——被試發(fā)電機(jī)輸出電功率，W。 　　四、直流電機(jī)效率直接測試時溫度換算 　　用直接法測定電機(jī)效率時，如試驗(yàn)時的冷卻空氣溫度不是25℃，應(yīng)按照下式5換算到25℃。 　　 　　 　　式中： 　　η25——冷卻空氣溫度為25℃時電機(jī)的效率； 　　P2——效率測定時電機(jī)的額定輸出功率，W； 　　P1（25）——冷卻空氣溫度為25℃時電機(jī)的額定輸入功率，W； 　　P1——效率測定時電機(jī)的額定輸入功率，W； 　　Ia——效率測定時電機(jī)的額定電樞電流，A； 　　If——效率測定時電機(jī)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(shù)，對銅繞組為235，對鋁繞組除有特殊規(guī)定外應(yīng)選取225。 　　θ2a按照下式7計(jì)算： 　　 　　式中： 　　R2a——效率測定后立即測得的電樞繞組電阻，Ω； 　　R1——實(shí)際冷狀態(tài)時電樞繞組電阻，Ω； 　　θ1——實(shí)際冷狀態(tài)時電樞繞組溫度，℃； 　　k——常數(shù)，對銅繞組為235，對鋁繞組除有特殊規(guī)定外應(yīng)選取225。 　　五、直流電機(jī)效率直接測試測功機(jī)轉(zhuǎn)矩讀數(shù)的修正 　　1.直流電機(jī)效率直接測試電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的修正 　　當(dāng)對測量精度提出更高的要求時，則應(yīng)當(dāng)按照下列式中對測功機(jī)所測得輸入出或輸入轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行修正，以便求得被試電機(jī)的實(shí)際輸出或輸入轉(zhuǎn)矩值。 　　被試電動機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩按下式修正： 　　 　　式中： 　　TM——被試電動機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，N.m； 　　T’M——試驗(yàn)時測功機(jī)測得的被試電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，N.m； 　　Tfw——測功機(jī)本身消耗的轉(zhuǎn)矩，N.m。 　　2.直流電機(jī)效率直接測試發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩的修正 　　被試發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩按下式修正： 　　 　　式中： 　　TG——被試發(fā)電機(jī)實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩，N.m； 　　T’G——試驗(yàn)時測功機(jī)測得的被試發(fā)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，N.m； 　　Tfw——測功機(jī)本身消耗的轉(zhuǎn)矩，N.m。 　　3.直流電機(jī)效率直接測試測功機(jī)轉(zhuǎn)矩Tfw的測定及計(jì)算方法 　　Tfw（N.m）按下式計(jì)算： 　　 　　式中： 　　P1——被試電機(jī)在接近額定電壓下驅(qū)動測功機(jī)空載時的輸入功率（此時，測功機(jī)的電樞及勵磁回路應(yīng)開路），W； 　　P0——被試電機(jī)在上述相同電壓下空載運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸入功率，W； 　　Td——測定P1時測功機(jī)指示的轉(zhuǎn)矩值，N.m； 　　nt——測定P1及Td時被試電機(jī)的轉(zhuǎn)速（此轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)節(jié)到等于效率測定時的轉(zhuǎn)速，r/min）。 　　上述Tfw的測定方法一般稱為空拖試驗(yàn)，應(yīng)在效率測定后機(jī)組安裝狀態(tài)不改變的情況下進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。被試電動機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩TM及被試發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩TG求得后，即可按照算出較準(zhǔn)確地輸出及輸入的機(jī)械功率，從而求得較準(zhǔn)確地效率。 　　直流電機(jī)整流電源供電紋波因素和波形因素的計(jì)算方法 　　電壓、電流紋波因數(shù)測定及電流波形因數(shù)測定是直流電機(jī)試驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目，本文主要根據(jù)GB/T 1311 直流電機(jī)試驗(yàn)方法對整流電源供電的直流電機(jī)紋波因數(shù)計(jì)算方法、波形因數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行介紹。 　　一、電壓電流紋波因數(shù)的計(jì)算 　　電壓、電流波形不間斷時紋波因數(shù)的計(jì)算 　　電壓、電流波形不間斷時，其紋波因數(shù)應(yīng)按照下式計(jì)算： 　　 　　式中： 　　K0CU——電壓紋波因數(shù); 　　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(shù); 　　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(shù)的計(jì)算 　　電壓、電流紋波間斷時，其紋波因數(shù)應(yīng)當(dāng)按照下式計(jì)算： 　　 　　式中： 　　K0CU——電壓紋波因數(shù); 　　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(shù); 　　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(shù)的計(jì)算 　　電流波形因數(shù)按照下式計(jì)算： 　　式中： 　　 　　Kf——電流波形因數(shù); 　　Irms——電流的有效值，A; 　　IaV——電流的平均值，A。