直流電動(dòng)機(jī)基本知識(shí)

直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，但結(jié)構(gòu)比交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，成本較高，維護(hù)不便，可靠性差，尤其是換向問(wèn)題，使其發(fā)展和應(yīng)用受到限制，主要用于交通、起重、軋鋼和自動(dòng)控制領(lǐng)域等需要調(diào)速的設(shè)備上。

一、直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

直流電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子及其它零部件組成。

1、定子

定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)和作為機(jī)械支撐，由主磁極、換向磁極、機(jī)座和端蓋以及電刷裝置等組成。

（1）主磁極

主磁極用來(lái)產(chǎn)生主磁場(chǎng)，大部分直流電動(dòng)機(jī)的主磁極不用永久磁鐵，而是由勵(lì)磁繞組通入直流電流來(lái)建立磁場(chǎng)。主磁極由鐵芯和繞組組成，鐵芯用厚0.5～1.5 mm的低碳鋼板沖成，疊裝后用鉚釘鉚緊，緊靠氣隙的擴(kuò)大部分稱為極靴，極靴對(duì)勵(lì)磁繞組起支撐作用，使氣隙磁通有較好的波形分布，勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞制而成，經(jīng)絕緣漆浸漬處理，然后套在磁極鐵芯上。主磁極N、S交替布置，均勻分布并用螺釘固定在機(jī)座的內(nèi)圈上。

（2）換向極

換向極用來(lái)改善直流電動(dòng)機(jī)的換向，又稱附加極，由鐵芯和套在鐵芯上的換向極繞組組成，鐵芯常用整塊鋼或厚鋼板制成，匝數(shù)不多的換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，換向極的極數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相同或減半，換向極與電樞之間的氣隙可以調(diào)整。功率很小的直流電動(dòng)機(jī)中，可以不裝設(shè)換向極。

（3）機(jī)座

機(jī)座既是電動(dòng)機(jī)的外殼又是磁路的一部分，一般用低碳鋼鑄成或用鋼板焊接而成，機(jī)座的兩端有端蓋。中小型電動(dòng)機(jī)前后端蓋都裝有軸承，用于支撐轉(zhuǎn)軸。大型電動(dòng)機(jī)則采用座式滑動(dòng)軸承。

（4）電刷裝置

電刷裝置的作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)部分的電樞繞組與外電路接通，將電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)和電流引接到外電路的負(fù)載或電源上。電刷裝置由電刷、刷窩、刷桿座和匯流條等零件組成，電刷一般采用石墨和銅粉壓制焙燒而成，電刷放置在刷握中，由彈簧將其壓在換向器的表面上，電刷桿數(shù)一般等于主磁極的數(shù)目。

2、轉(zhuǎn)子

直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子又稱電樞，由鐵芯、繞組、換向器和冷卻風(fēng)扇等部件組成。

（1）鐵芯

電樞鐵芯用來(lái)構(gòu)成磁路以及嵌放電樞繞組。為了減少鐵芯損耗，通常用0.35mm或0.5mm厚、涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝而成。為加強(qiáng)冷卻，小容量電動(dòng)機(jī)的電樞鐵芯上有軸向通風(fēng)孔，大容量電動(dòng)機(jī)還有徑向通風(fēng)溝。

（2）繞組

電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。電樞繞組是用絕緣銅線制成，然后嵌放在電樞鐵芯槽內(nèi)，繞組的引線端頭按一定的規(guī)律與換向片連接，繞組的槽部用絕緣的槽楔壓緊，端部用玻璃絲帶綁扎。

（3）換向器

換向器是直流電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它將電樞繞組內(nèi)部的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)，換向器由彼此絕緣的換向片構(gòu)成，外表呈圓形。換向片用硬質(zhì)電解銅制成，換相片間墊以0.4～1.0 mm厚的云母絕緣，整個(gè)圓筒的端部用V形壓環(huán)夾緊，換相片與Ⅴ形壓環(huán)之間也用云母絕緣，每片換向片的端部都有凸出的升高片，用來(lái)與繞組引線端頭連接。

二、直流電動(dòng)機(jī)的基本原理

直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力作用的原理來(lái)工作的。定子繞組通入直流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)；主電路引入直流電源，經(jīng)電刷傳給換向器，再經(jīng)換向器將此直流電轉(zhuǎn)化為交變電流通入電樞繞組，產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)合成氣隙磁場(chǎng)，電樞繞組切割合成的氣隙磁場(chǎng)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩促使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本原理。

三、直流電動(dòng)機(jī)的分類

直流電動(dòng)機(jī)的分類方法有按結(jié)構(gòu)分類、按用途分類及按容量大小分類等，但最有意義的是按照勵(lì)磁方式分類，因?yàn)椴煌瑒?lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)特性有明顯的區(qū)別，便于了解其特點(diǎn)。

1、他勵(lì)式

他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組不與電樞繞組連接，由其他的電源供電。永磁式直流電動(dòng)機(jī)也屬于這一類，因?yàn)橛来攀街绷麟妱?dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)由永久磁鐵建立，與電樞電流無(wú)關(guān)。

2、并勵(lì)式

并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)就是將勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流與電樞兩端的電壓有很大的關(guān)系。

3、串勵(lì)式

串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)是將勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。

4、復(fù)勵(lì)式

復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)同時(shí)具備并勵(lì)繞組和串勵(lì)繞組，在同一主極鐵芯上套著兩種勵(lì)磁繞組套，并勵(lì)和串勵(lì)兩種繞組的磁動(dòng)勢(shì)可以相加，也可以相減，前者稱為積復(fù)勵(lì)，后者稱為差復(fù)勵(lì)。

四、直流電動(dòng)機(jī)的使用與維護(hù)

1、使用前的準(zhǔn)備及檢查

（1）將電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部及其換向器外表的電刷粉末、灰塵和污物等清掃干凈。

（2）檢查電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻，對(duì)于額定電壓為500V以下的電動(dòng)機(jī)，如果絕緣電阻低于0.5MΩ，需要烘干以后才能使用。

（3）檢查換向器表面是否光潔，如發(fā)現(xiàn)有機(jī)械損傷、火花灼痕或換向片問(wèn)云母凸出等，應(yīng)對(duì)換向器進(jìn)行保養(yǎng)。

（4）檢查電刷邊緣有沒(méi)有碎裂，刷辮是否完整，是否有斷股或斷裂的現(xiàn)象，電刷是否磨損到了最短的長(zhǎng)度。

（5）檢查電刷的刷握內(nèi)有無(wú)卡澀或擺動(dòng)情況，彈簧壓力是否合適，各電刷的壓力是否均勻。

（6）檢查各部件的螺釘是否有松動(dòng)。

（7）檢查各操作機(jī)構(gòu)是否靈活，位置是否正確。

2、改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法

電樞導(dǎo)體的受力方向決定了直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)電樞電流或勵(lì)磁電流的方向兩者之一反向時(shí)，電樞導(dǎo)體受力方向即發(fā)生改變，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。有些情況下，電樞電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)同時(shí)發(fā)生改變，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不會(huì)改變。

在實(shí)際工作中，常用改變電樞電流的方向來(lái)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，原因是勵(lì)磁繞組的匝數(shù)比較多，電感也比較大，在更換勵(lì)磁繞組端頭的時(shí)候，產(chǎn)生的火花較大，并且當(dāng)磁場(chǎng)過(guò)零的時(shí)候，有可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)生“飛車”事故。

3、直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的維護(hù)

（1）檢查電動(dòng)機(jī)的聲音是不是正常，定子、轉(zhuǎn)子之間是否發(fā)生摩擦，軸瓦或軸承是否有異樣的聲音。

（2）經(jīng)常測(cè)量電動(dòng)機(jī)的電流和電壓，注意不要過(guò)載。

（3）檢查電動(dòng)機(jī)各部分是否都處于正常的溫度下，同時(shí)要對(duì)主電路的換向器、連接點(diǎn)、刷握、電刷刷辮及絕緣體進(jìn)行檢查，看是否有過(guò)熱變色或者出現(xiàn)絕緣枯焦等不正常的氣味。

（4）檢查換向器表面的氧化膜顏色是否正常，電刷與換向器間有無(wú)火花，換向器表面有無(wú)碳粉和油垢積聚，刷架和刷握上是否有積灰。

（5）對(duì)電動(dòng)機(jī)各部分的振動(dòng)情況進(jìn)行檢查，異常現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)要及時(shí)，并盡快將設(shè)備隱患消除。

（6）檢查電動(dòng)機(jī)通風(fēng)散熱情況是否正常，通風(fēng)道有無(wú)堵塞不暢的情況。

五、直流電動(dòng)機(jī)常見故障處理

1、電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)

（1）電源未接通。用萬(wàn)用表檢查供電線路和電氣開關(guān)等各處的連接和接觸情況，使其接通并接觸良好。

（2）電動(dòng)機(jī)引出線短路或碰殼接地。檢查并處理各引出線間短路及對(duì)機(jī)座的接地故障。

（3）電刷與換向器接觸不良。檢查電刷與換向器的接觸情況，觀察電刷是否卡在刷握內(nèi)不能自由滑動(dòng)，或是接觸面過(guò)小等問(wèn)題。

（4）電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷。減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載。

（5）勵(lì)磁繞組存在短路或斷路故障。檢查并測(cè)量勵(lì)磁繞組，找出短路或斷路點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)。

（6）部分主磁極的極性接反，使主磁通部分抵消。檢查勵(lì)磁繞組主磁極線圈的極性，找出接線錯(cuò)誤處并予以糾正。

（7）電樞繞組線路存在斷路故障。用萬(wàn)用表或電阻表測(cè)量電樞繞組電路的電阻，以及換向繞組、補(bǔ)償繞組的電阻，找出故障點(diǎn)并予以修復(fù)。

2、運(yùn)行轉(zhuǎn)速太低或不均勻

（1）電樞繞組存在短路故障。檢查測(cè)量找出電樞繞組短路點(diǎn)，修復(fù)或更換電樞繞組。

（2）電樞的換向器片間發(fā)生短路故障。檢查整個(gè)換向器片間情況，仔細(xì)清理?yè)Q向器片間的焊錫、銅屑、毛刺等殘留物，消除潛在的短路故障點(diǎn)。

（3）電刷位置不正確。調(diào)整電刷位置。

（4）定子換向極繞組極性接錯(cuò)，換向器上出現(xiàn)較長(zhǎng)的黃色火花。檢查并確認(rèn)換向極繞組極性接錯(cuò)后糾正接線。

（5）電源電壓過(guò)低。調(diào)整電源電壓，使其達(dá)到額定值。

3、轉(zhuǎn)速過(guò)高并伴有劇烈火花

（1）勵(lì)磁繞組電阻過(guò)大或斷路。用萬(wàn)用表的電阻檔仔細(xì)檢測(cè)勵(lì)磁繞組回路中的所有接線端頭有無(wú)因氧化層而造成的接觸不良，使勵(lì)磁回路的電阻恢復(fù)和達(dá)到正常電阻值。

（2）勵(lì)磁繞組匝間短路。檢查測(cè)量確認(rèn)短路故障范圍，視具體情況修復(fù)或更換勵(lì)磁繞組。

（3）并勵(lì)繞組極性接錯(cuò)。查找確認(rèn)并勵(lì)繞組極性接線錯(cuò)誤，并按正確方法重新接線。

（4）電樞繞組存在短路或斷路故障。檢查測(cè)量短路或斷路點(diǎn)，視具體情況修復(fù)或更換電樞繞組。

（5）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)輕。經(jīng)檢查串勵(lì)電動(dòng)機(jī)確系負(fù)載過(guò)輕，適當(dāng)增加負(fù)載以利啟動(dòng)安全。

（6）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的串勵(lì)繞組極性接錯(cuò)。仔細(xì)檢查串勵(lì)繞組的接線情況，找出錯(cuò)誤，并按正確方法重新接線。

（7）電刷偏移原正常位置。經(jīng)檢查如確系電刷位置偏移故障，可按原標(biāo)記重新配置電刷，或采用感應(yīng)法重新找出電刷的正確位置，重新配置電刷。

4、運(yùn)行時(shí)電樞過(guò)熱

（1）電動(dòng)機(jī)過(guò)載或超規(guī)定頻繁啟動(dòng)。減輕負(fù)載或減少頻繁啟動(dòng)。

（2）電樞繞組存在短路或接地故障。檢查測(cè)量確認(rèn)繞組短路或接地的準(zhǔn)確位置，視具體情況修復(fù)或更換電樞繞組。

（3）換向器存在片間短路。清除換向器片間的焊錫、銅屑和毛刺。

（4）電刷彈簧壓力過(guò)大使換向器異常發(fā)熱。調(diào)整電刷彈簧壓力。

（5）電樞與定子磁極相擦。檢查電動(dòng)機(jī)大、小端蓋和磁極鐵芯是否有螺栓松動(dòng)或緊固未到位現(xiàn)象，找出故障并予以修復(fù)。

（6）定子主磁極氣隙不勻。檢查定子主磁極并予以調(diào)勻。

（7）電動(dòng)機(jī)冷卻條件惡化。清理濾塵網(wǎng)、風(fēng)道，檢查風(fēng)扇有無(wú)缺陷。

（8）并勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電源電壓過(guò)低。用電壓表測(cè)量電源電壓，找出電壓低的原因并恢復(fù)到額定值。