直流电机电枢绕组所感应的电动势是极替变化的交流电动势，只是由于换向器配合电刷的作用才把交流电动势“换向”成为极性恒定的直流电动势。正因为如此，通常把这种类型的电机称之为换向器式直流电机直流电机的定子用于安放磁极和电刷，并作为机械支撑，它包括主磁极、换向极、电刷装置、机座等。转子一般称为电枢，最重要的包含电枢铁心、电枢绕组、换向器等。电枢绕组是电机中电流通道的主体，也是电磁力的载体，是实施机电能量转换的枢纽。电枢绕组中任何两个串联元件都是后一个叠在前一个上面的称为叠绕组，若 y=yK=±1则称之为单叠。
电刷放置的一般原则是确保空载时通过正、负电刷引出的电动势最大，或者说，被电刷短路的元件中的电动势为零。对于端接对称的元件，元件轴线、主极轴线和换向器上的几何中性线三线合一，故电刷也就放置在主极轴线下的换向片上。若端接不对称，则电刷应移过与换向器轴线偏离主极轴线相同的角度，即电刷与换向器上的几何中性线总是保持重合若希望主极数不变，但又要求增加并联支路数，实际的做法就是把多个单叠绕组嵌放在同一个电枢上，再借助电刷并联方法构成复叠绕组2.2.3 单波绕组单叠绕组是把一个主极下的元件串联成一条支路，以保证串联元件中的电动势同方向。 据此思路，当然也可以设想把电枢上所有处于相同极性下的元件都串联起来构成一条支路。 此时，相邻两串联元件对应边的距离约为两个极距，即 y≈2τ，从而形成如图 2.23 所示的波 浪形构型，形象称之为波绕组。若将所有同极下的元件串联后回到原来出发的那个换向片的 相邻换向片上，则该绕组称之为单波绕组
正因为如此，在元件数相同的情况下，波绕组每条支路的串联元件数就可能比叠绕组多，支路电压也就会比较高。这也是波绕组的基本特点。实际电机中，除特殊情况外，一般仍安放 2p 组电刷(称为全额电刷)，这样做才能够降低电刷上的电流密度，或者在一定电流密度限制下，减少每组电刷与换向器的接触面积，缩短换向器乃至电机的轴向长度2.3 直流电机的磁场2.3.1 直流电机按励磁方式分类
2.3.2 直流电机的空载磁场磁场是由电流产生的。直流电机负载运行时的磁场由励磁电流和电枢电流共同建立，情况相对来说比较复杂。因此，为简化分析，先将二者分开讨论，然后再在磁路不饱和假设条件下，运用叠加原理考察二者共同作用时的情况。首先分析直流电机的空载磁场，即 Ia=0 时，仅由If建立的励磁磁场，也叫主磁场。
3. 磁化曲线直流电机的磁化曲线是指电机的主磁通与励磁磁动势的关系曲线 直流电机的电枢磁场
2.3.4 电枢反应电机的负载磁场就是由二者共同建立的，并且负载磁场与空载磁场之间的差别完全是电枢磁场作用的结果。在电机学中，我们把这种电枢磁场对励磁磁场的作用称为电枢反应。
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实际电机中，交轴电枢反应不但使气隙磁场畸变，并且还有去磁作用。2. 直轴电枢反应
(1)机械损耗pmec，包括轴承、电刷摩擦损耗，定、转子空气摩擦损耗，以及通风损耗等。
(3)杂散损耗pad，又称附加损耗，产生的原因很复杂，如主磁场脉动、畸变，杂散磁场效应，金属紧固件中的铁耗和换向元件的附加铜耗等等，很难准确计算，通常估算约为电机额定功率的 0.5%～1%。2.5 直流电动机的基本特性以并励直流电机为例>
1. 电动势平衡方程>
直流电动机在 U=UN=常值时，转速 n 与电磁转矩 Tem之间的关系曲线 n=f(Tem)称为机械特性，其基本性质与工作特性中的速率特性相同。
1. 多轴旋转系统由能量平衡关系，有>
式中，J 为系统的集总转动惯量， 为转子本体的转动惯量和角速度， 对应于第“K”个旋转体。2. 直线运动系统特别地，设多轴旋转系统中包含了若干个直线运动环节。因此，有必要进一步解决直线运动与旋转运动的折算问题。
2.6.4 直流电动机的制动电机学中所讲的制动主要是指电磁制动，并有能耗制动、反接制动、回馈制动三种形式1. 能耗制动
2. 反接制动反接制动的优点是能很快地使机组停转，但缺点是电流过大，其数值几乎是直接起动电流的两倍(额定电流的 30 倍以上)，对电机冲击太大，有必要加以限制。3.回馈制动时将串励改为并励或他励，则当转速升高至某一数值，即EU时，电流将反向，电机进入发电机运作时的状态，电磁转矩起制动作用，限制了转速的进一步上升，将下坡时机车的位能转换为电能回馈给电网，故称为回馈制动2.7 直流电机的换向2.7.1 换向过程当旋转着的电枢绕组中的某元件从一条支路经电刷串接而进入另一条支路时，该元件中的电流必变换方向。我们就把这种元件中电流方向发生变换的过程称之为换向。>
2.7.3 改善换向的措施改善换向的目的是消除电刷下的火花1. 装置换向极2. 移动电刷位置
1. 环火的形成>
发生环火就等于电枢绕组经电刷短路，损坏的就不单单是换向器和电刷，电枢绕组亦会受到严重损坏。2. 防止环火的方法为防止环火，可采取的措施很多。如装置快速自动开关，当电流达到设定值时自动断开电源；设计电机时，在工作速度范围和气隙磁场强度两方面确保相邻两换向片间的最高电压不超过允许值；加强换向极磁动势使得正常运行时的换向过程稍带某些特定的程度的超越性质；沿电弧路径安装绝缘隔板等等。但是，最有效的措施仍是安装补偿绕组。安装补偿绕组的目的是尽可能消除电枢反应引起的磁场畸变，以减少产生电位差火花的可能性。2.7.5 无刷直流电机
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2. 转子位置检测器转子位置检测器可用不同的传感元件构成，如附加定子绕组、霍尔元件、光电元件、无触点电磁开关等。2.9 电机的发热和冷却
电机中常用在允许电压下不导电的材料的耐热等级和温度限值如表 2.3 所示。>
现代电机中应用最多的是 E 级和 B 级绝缘。2. 允许温升工程中表示电机发热和散热情况的是电机的温升，而不是温度。如一台电机的工作时候的温度达到 120℃，但环境和温度为 100℃，则温升τ=20℃，这说明电机本身的发热情况并不严重，而电机的工作时候的温度偏高则是由于环境和温度高的缘故。反之，即便电机工作时候的温度仅 100℃，但环境和温度只有 10℃，实际温升达到 90℃，发热情况就相当严重了。在允许电压下不导电的材料的温度限值只是确定了电机的最高工作时候的温度，温升限值则取决于环境和温度。为适应我国大部分地区不同季节的运行环境，国家统一制订的环境和温度标准是 40℃(介质为空气)。在此环境下，E 级和 B 级在允许电压下不导电的材料的温升限值分别为 75℃和 80℃，其它类推。