直流電動機基本知識

直流電動機具有良好的啟動和調速性能，但結構比交流電動機復雜，成本較高，維護不便，可靠性差，尤其是換向問題，使其發展和應用受到限制，主要用于交通、起重、軋鋼和自動控制領域等需要調速的設備上。

一、直流電動機的基本結構

直流電動機由定子、轉子及其它零部件組成。

1、定子

定子的主要作用是產生磁場和作為機械支撐，由主磁極、換向磁極、機座和端蓋以及電刷裝置等組成。

（1）主磁極

主磁極用來產生主磁場，大部分直流電動機的主磁極不用永久磁鐵，而是由勵磁繞組通入直流電流來建立磁場。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，緊靠氣隙的擴大部分稱為極靴，極靴對勵磁繞組起支撐作用，使氣隙磁通有較好的波形分布，勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，經絕緣漆浸漬處理，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座的內圈上。

（2）換向極

換向極用來改善直流電動機的換向，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，匝數不多的換向極繞組與電樞繞組串聯，換向極的極數一般與主磁極的極數相同或減半，換向極與電樞之間的氣隙可以調整。功率很小的直流電動機中，可以不裝設換向極。

（3）機座

機座既是電動機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，機座的兩端有端蓋。中小型電動機前后端蓋都裝有軸承，用于支撐轉軸。大型電動機則采用座式滑動軸承。

（4）電刷裝置

電刷裝置的作用是使轉動部分的電樞繞組與外電路接通，將電樞繞組的電動勢和電流引接到外電路的負載或電源上。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，電刷桿數一般等于主磁極的數目。

2、轉子

直流電動機的轉子又稱電樞，由鐵芯、繞組、換向器和冷卻風扇等部件組成。

（1）鐵芯

電樞鐵芯用來構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。為加強冷卻，小容量電動機的電樞鐵芯上有軸向通風孔，大容量電動機還有徑向通風溝。

（2）繞組

電樞繞組的作用是產生感應電動勢和電磁轉矩，從而把電能轉換成機械能。電樞繞組是用絕緣銅線制成，然后嵌放在電樞鐵芯槽內，繞組的引線端頭按一定的規律與換向片連接，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

換向器是直流電動機的關鍵部件，它將電樞繞組內部的交流電動勢轉換為電刷間的直流電動勢，換向器由彼此絕緣的換向片構成，外表呈圓形。換向片用硬質電解銅制成，換相片間墊以0.4～1.0 mm厚的云母絕緣，整個圓筒的端部用V形壓環夾緊，換相片與Ⅴ形壓環之間也用云母絕緣，每片換向片的端部都有凸出的升高片，用來與繞組引線端頭連接。

二、直流電動機的基本原理

直流電動機是根據通電導體在磁場中會受到電磁力作用的原理來工作的。定子繞組通入直流勵磁電流，產生勵磁磁場；主電路引入直流電源，經電刷傳給換向器，再經換向器將此直流電轉化為交變電流通入電樞繞組，產生電樞磁場，電樞磁場與勵磁磁場合成氣隙磁場，電樞繞組切割合成的氣隙磁場，產生電磁轉矩促使轉子旋轉。這就是直流電動機的基本原理。

三、直流電動機的分類

直流電動機的分類方法有按結構分類、按用途分類及按容量大小分類等，但最有意義的是按照勵磁方式分類，因為不同勵磁方式的直流電動機特性有明顯的區別，便于了解其特點。

1、他勵式

他勵式直流電動機的勵磁繞組不與電樞繞組連接，由其他的電源供電。永磁式直流電動機也屬于這一類，因為永磁式直流電動機的主磁場由永久磁鐵建立，與電樞電流無關。

2、并勵式

并勵式直流電動機就是將勵磁繞組與電樞繞組并聯。并勵式直流電動機的勵磁電流與電樞兩端的電壓有很大的關系。

3、串勵式

串勵式直流電動機是將勵磁繞組與電樞繞組串聯。

4、復勵式

復勵式直流電動機同時具備并勵繞組和串勵繞組，在同一主極鐵芯上套著兩種勵磁繞組套，并勵和串勵兩種繞組的磁動勢可以相加，也可以相減，前者稱為積復勵，后者稱為差復勵。

四、直流電動機的使用與維護

1、使用前的準備及檢查

（1）將電動機的內部及其換向器外表的電刷粉末、灰塵和污物等清掃干凈。

（2）檢查電動機的絕緣電阻，對于額定電壓為500V以下的電動機，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，如發現有機械損傷、火花灼痕或換向片問云母凸出等，應對換向器進行保養。

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

（5）檢查電刷的刷握內有無卡澀或擺動情況，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。

（7）檢查各操作機構是否靈活，位置是否正確。

2、改變直流電動機轉向的方法

電樞導體的受力方向決定了直流電動機的旋轉方向，當電樞電流或勵磁電流的方向兩者之一反向時，電樞導體受力方向即發生改變，電動機旋轉方向隨之改變。有些情況下，電樞電流和磁場的方向會同時發生改變，此時電動機的旋轉方向不會改變。

在實際工作中，常用改變電樞電流的方向來使電動機反轉，原因是勵磁繞組的匝數比較多，電感也比較大，在更換勵磁繞組端頭的時候，產生的火花較大，并且當磁場過零的時候，有可能導致電動機發生“飛車”事故。

3、直流電動機運行中的維護

（1）檢查電動機的聲音是不是正常，定子、轉子之間是否發生摩擦，軸瓦或軸承是否有異樣的聲音。

（2）經常測量電動機的電流和電壓，注意不要過載。

（3）檢查電動機各部分是否都處于正常的溫度下，同時要對主電路的換向器、連接點、刷握、電刷刷辮及絕緣體進行檢查，看是否有過熱變色或者出現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火花，換向器表面有無碳粉和油垢積聚，刷架和刷握上是否有積灰。

（5）對電動機各部分的振動情況進行檢查，異常現象的發現要及時，并盡快將設備隱患消除。

（6）檢查電動機通風散熱情況是否正常，通風道有無堵塞不暢的情況。

五、直流電動機常見故障處理

1、電動機不能啟動

（1）電源未接通。用萬用表檢查供電線路和電氣開關等各處的連接和接觸情況，使其接通并接觸良好。

（2）電動機引出線短路或碰殼接地。檢查并處理各引出線間短路及對機座的接地故障。

（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不能自由滑動，或是接觸面過小等問題。

（4）電動機過負荷。減輕電動機負載。

（5）勵磁繞組存在短路或斷路故障。檢查并測量勵磁繞組，找出短路或斷路點進行修復。

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

（7）電樞繞組線路存在斷路故障。用萬用表或電阻表測量電樞繞組電路的電阻，以及換向繞組、補償繞組的電阻，找出故障點并予以修復。

2、運行轉速太低或不均勻

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

（2）電樞的換向器片間發生短路故障。檢查整個換向器片間情況，仔細清理換向器片間的焊錫、銅屑、毛刺等殘留物，消除潛在的短路故障點。

（3）電刷位置不正確。調整電刷位置。

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

（5）電源電壓過低。調整電源電壓，使其達到額定值。

3、轉速過高并伴有劇烈火花

（1）勵磁繞組電阻過大或斷路。用萬用表的電阻檔仔細檢測勵磁繞組回路中的所有接線端頭有無因氧化層而造成的接觸不良，使勵磁回路的電阻恢復和達到正常電阻值。

（2）勵磁繞組匝間短路。檢查測量確認短路故障范圍，視具體情況修復或更換勵磁繞組。

（3）并勵繞組極性接錯。查找確認并勵繞組極性接線錯誤，并按正確方法重新接線。

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

（5）串勵電動機負載過輕。經檢查串勵電動機確系負載過輕，適當增加負載以利啟動安全。

（6）復勵電動機的串勵繞組極性接錯。仔細檢查串勵繞組的接線情況，找出錯誤，并按正確方法重新接線。

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

4、運行時電樞過熱

（1）電動機過載或超規定頻繁啟動。減輕負載或減少頻繁啟動。

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

（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）電刷彈簧壓力過大使換向器異常發熱。調整電刷彈簧壓力。

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

（6）定子主磁極氣隙不勻。檢查定子主磁極并予以調勻。

（7）電動機冷卻條件惡化。清理濾塵網、風道，檢查風扇有無缺陷。

（8）并勵、復勵電動機的電源電壓過低。用電壓表測量電源電壓，找出電壓低的原因并恢復到額定值。