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。

    圖1.1是一臺交流發電機的原理模型。圖中， 、 為一對固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵）， 是裝在可以轉動的圓柱體表面上的一個線圈，把線圈的兩端分別接到兩個圓環（稱為滑環）上（以后把這個可以轉動的裝有線圈的圓柱體稱為電樞）。在滑環上分別放上兩個固定不動的由石墨制成的電刷 和 。通過電刷 和 把旋轉著的電路與外部電路相聯接。

圖1.1  交流發電機原理模型

1—磁極；2—電樞；3—滑環；4—電刷

      當原動機拖動電樞以恒速 逆時針方向轉動時，根據電磁感應定律可知，在線圈邊（即導體） 和 中有感應電動勢產生。感應電動勢 的大小用式（1.1）確定。

                                           （1.1）

式中  ——導體所在處的磁密（   ）；

  ——導體 或 的長度（ ）;

  &upSILon; ——導體 或 與 之間的相對線速度（ ）。

    感應電動勢的方向按右手定則確定。在圖2.1所示瞬間，導體 、 的感應電動勢方向分別由 指向 和由 指向 。這時電刷 呈高電位，電刷 呈低電位。當圖1.1中電樞逆時針方向轉過180°時，導體 與 互換了位置，用右手定則判斷，此時導體 、 中的感應電動勢方向都與圖1.1所示瞬間的相反。這時電刷A呈低電位，電刷B呈高電位。如果電樞繼續逆時針方向旋轉180°，導體 、 又轉到圖1.1所示位置，則電刷 又呈高電位，電刷 呈低電位。由此可見，圖1.1中電樞每轉一周，線圈 中感應電動勢方向交變一次，因此線圈內的感應電動勢是一種交變電動勢，這是最簡單的交流發電機的原理。

    如果想要得到直流電動勢，那么必須把上述線圈 感應的電動勢進行整流，實現整流的裝置稱之為換向器。

    圖2.2是直流發電機的原理模型，它由兩個銅質換向片代替圖1.1中的兩個滑環。換向片之間用絕緣材料隔開，線圈 出線端分別與兩個換向片相連，電刷 、 與換向片相接觸并固定不動，這就是最簡單的換向器。有了換向器，在電刷 、 之間感應電動勢就和圖1.1中電刷 、 間的電動勢大不一樣了。例如，在圖2.2所示瞬間，線圈 中感應電動勢的方向如圖中所示，這時電刷 呈正極性，電刷 呈負極性。當線圈逆時針方向旋轉180°時，這時導體 位于 極下，導體 位于 極下，各導體中電動勢都分別改變了方向。但是，由于換向片隨著線圈一同旋轉，本來與電刷 相接觸的那個換向片，現在卻與電刷 接觸了；與電刷 相接觸的換向片與電刷 接觸了，顯然這時電刷 仍呈正極性，電刷 呈負極性。從圖1.2看出，和電刷 接觸的導體永遠位于 極下，同樣，和電刷 接觸的導體永遠位于 極下。因此，電刷 始終有正極性，電刷 始終有負極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如果電樞上線圈數增多，并按照一定的規律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發電機的工作原理。同時也說明了直流發電機實質上是帶有換向器的交流發電機。

圖1.2  直流發電機的原理模型   

圖1.3  直流電動機的原理模型

1—磁極；2—電樞；3—換向器；4—電刷          1—磁極；2—電樞；3—換向器；4—電刷