直流电动机基本知识

直流电动机具有良好的启动和调速性能，但结构比交流电动机复杂，成本较高，维护不便，可靠性差，尤其是换向问题，使其发展和应用受到限制，主要用于交通、起重、轧钢和自动控制领域等需要调速的设备上。

一、直流电动机的基本结构

直流电动机由定子、转子及其它零部件组成。

1、定子

定子的主要作用是产生磁场和作为机械支撑，由主磁极、换向磁极、机座和端盖以及电刷装置等组成。

（1）主磁极

主磁极用来产生主磁场，大部分直流电动机的主磁极不用永久磁铁，而是由励磁绕组通入直流电流来建立磁场。主磁极由铁芯和绕组组成，铁芯用厚0.5～1.5 mm的低碳钢板冲成，叠装后用铆钉铆紧，紧靠气隙的扩大部分称为极靴，极靴对励磁绕组起支撑作用，使气隙磁通有较好的波形分布，励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，经绝缘漆浸渍处理，然后套在磁极铁芯上。主磁极N、S交替布置，均匀分布并用螺钉固定在机座的内圈上。

（2）换向极

换向极用来改善直流电动机的换向，又称附加极，由铁芯和套在铁芯上的换向极绕组组成，铁芯常用整块钢或厚钢板制成，匝数不多的换向极绕组与电枢绕组串联，换向极的极数一般与主磁极的极数相同或减半，换向极与电枢之间的气隙可以调整。功率很小的直流电动机中，可以不装设换向极。

（3）机座

机座既是电动机的外壳又是磁路的一部分，一般用低碳钢铸成或用钢板焊接而成，机座的两端有端盖。中小型电动机前后端盖都装有轴承，用于支撑转轴。大型电动机则采用座式滑动轴承。

（4）电刷装置

电刷装置的作用是使转动部分的电枢绕组与外电路接通，将电枢绕组的电动势和电流引接到外电路的负载或电源上。电刷装置由电刷、刷窝、刷杆座和汇流条等零件组成，电刷一般采用石墨和铜粉压制焙烧而成，电刷放置在刷握中，由弹簧将其压在换向器的表面上，电刷杆数一般等于主磁极的数目。

2、转子

直流电动机的转子又称电枢，由铁芯、绕组、换向器和冷却风扇等部件组成。

（1）铁芯

电枢铁芯用来构成磁路以及嵌放电枢绕组。为了减少铁芯损耗，通常用0.35mm或0.5mm厚、涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。为加强冷却，小容量电动机的电枢铁芯上有轴向通风孔，大容量电动机还有径向通风沟。

（2）绕组

电枢绕组的作用是产生感应电动势和电磁转矩，从而把电能转换成机械能。电枢绕组是用绝缘铜线制成，然后嵌放在电枢铁芯槽内，绕组的引线端头按一定的规律与换向片连接，绕组的槽部用绝缘的槽楔压紧，端部用玻璃丝带绑扎。

（3）换向器

换向器是直流电动机的关键部件，它将电枢绕组内部的交流电动势转换为电刷间的直流电动势，换向器由彼此绝缘的换向片构成，外表呈圆形。换向片用硬质电解铜制成，换相片间垫以0.4～1.0 mm厚的云母绝缘，整个圆筒的端部用V形压环夹紧，换相片与Ⅴ形压环之间也用云母绝缘，每片换向片的端部都有凸出的升高片，用来与绕组引线端头连接。

二、直流电动机的基本原理

直流电动机是根据通电导体在磁场中会受到电磁力作用的原理来工作的。定子绕组通入直流励磁电流，产生励磁磁场；主电路引入直流电源，经电刷传给换向器，再经换向器将此直流电转化为交变电流通入电枢绕组，产生电枢磁场，电枢磁场与励磁磁场合成气隙磁场，电枢绕组切割合成的气隙磁场，产生电磁转矩促使转子旋转。这就是直流电动机的基本原理。

三、直流电动机的分类

直流电动机的分类方法有按结构分类、按用途分类及按容量大小分类等，但最有意义的是按照励磁方式分类，因为不同励磁方式的直流电动机特性有明显的区别，便于了解其特点。

1、他励式

他励式直流电动机的励磁绕组不与电枢绕组连接，由其他的电源供电。永磁式直流电动机也属于这一类，因为永磁式直流电动机的主磁场由永久磁铁建立，与电枢电流无关。

2、并励式

并励式直流电动机就是将励磁绕组与电枢绕组并联。并励式直流电动机的励磁电流与电枢两端的电压有很大的关系。

3、串励式

串励式直流电动机是将励磁绕组与电枢绕组串联。

4、复励式

复励式直流电动机同时具备并励绕组和串励绕组，在同一主极铁芯上套着两种励磁绕组套，并励和串励两种绕组的磁动势可以相加，也可以相减，前者称为积复励，后者称为差复励。

四、直流电动机的使用与维护

1、使用前的准备及检查

（1）将电动机的内部及其换向器外表的电刷粉末、灰尘和污物等清扫干净。

（2）检查电动机的绝缘电阻，对于额定电压为500V以下的电动机，如果绝缘电阻低于0.5MΩ，需要烘干以后才能使用。

（3）检查换向器表面是否光洁，如发现有机械损伤、火花灼痕或换向片问云母凸出等，应对换向器进行保养。

（4）检查电刷边缘有没有碎裂，刷辫是否完整，是否有断股或断裂的现象，电刷是否磨损到了最短的长度。

（5）检查电刷的刷握内有无卡涩或摆动情况，弹簧压力是否合适，各电刷的压力是否均匀。

（6）检查各部件的螺钉是否有松动。

（7）检查各操作机构是否灵活，位置是否正确。

2、改变直流电动机转向的方法

电枢导体的受力方向决定了直流电动机的旋转方向，当电枢电流或励磁电流的方向两者之一反向时，电枢导体受力方向即发生改变，电动机旋转方向随之改变。有些情况下，电枢电流和磁场的方向会同时发生改变，此时电动机的旋转方向不会改变。

在实际工作中，常用改变电枢电流的方向来使电动机反转，原因是励磁绕组的匝数比较多，电感也比较大，在更换励磁绕组端头的时候，产生的火花较大，并且当磁场过零的时候，有可能导致电动机发生“飞车”事故。

3、直流电动机运行中的维护

（1）检查电动机的声音是不是正常，定子、转子之间是否发生摩擦，轴瓦或轴承是否有异样的声音。

（2）经常测量电动机的电流和电压，注意不要过载。

（3）检查电动机各部分是否都处于正常的温度下，同时要对主电路的换向器、连接点、刷握、电刷刷辫及绝缘体进行检查，看是否有过热变色或者出现绝缘枯焦等不正常的气味。

（4）检查换向器表面的氧化膜颜色是否正常，电刷与换向器间有无火花，换向器表面有无碳粉和油垢积聚，刷架和刷握上是否有积灰。

（5）对电动机各部分的振动情况进行检查，异常现象的发现要及时，并尽快将设备隐患消除。

（6）检查电动机通风散热情况是否正常，通风道有无堵塞不畅的情况。

五、直流电动机常见故障处理

1、电动机不能启动

（1）电源未接通。用万用表检查供电线路和电气开关等各处的连接和接触情况，使其接通并接触良好。

（2）电动机引出线短路或碰壳接地。检查并处理各引出线间短路及对机座的接地故障。

（3）电刷与换向器接触不良。检查电刷与换向器的接触情况，观察电刷是否卡在刷握内不能自由滑动，或是接触面过小等问题。

（4）电动机过负荷。减轻电动机负载。

（5）励磁绕组存在短路或断路故障。检查并测量励磁绕组，找出短路或断路点进行修复。

（6）部分主磁极的极性接反，使主磁通部分抵消。检查励磁绕组主磁极线圈的极性，找出接线错误处并予以纠正。

（7）电枢绕组线路存在断路故障。用万用表或电阻表测量电枢绕组电路的电阻，以及换向绕组、补偿绕组的电阻，找出故障点并予以修复。

2、运行转速太低或不均匀

（1）电枢绕组存在短路故障。检查测量找出电枢绕组短路点，修复或更换电枢绕组。

（2）电枢的换向器片间发生短路故障。检查整个换向器片间情况，仔细清理换向器片间的焊锡、铜屑、毛刺等残留物，消除潜在的短路故障点。

（3）电刷位置不正确。调整电刷位置。

（4）定子换向极绕组极性接错，换向器上出现较长的黄色火花。检查并确认换向极绕组极性接错后纠正接线。

（5）电源电压过低。调整电源电压，使其达到额定值。

3、转速过高并伴有剧烈火花

（1）励磁绕组电阻过大或断路。用万用表的电阻档仔细检测励磁绕组回路中的所有接线端头有无因氧化层而造成的接触不良，使励磁回路的电阻恢复和达到正常电阻值。

（2）励磁绕组匝间短路。检查测量确认短路故障范围，视具体情况修复或更换励磁绕组。

（3）并励绕组极性接错。查找确认并励绕组极性接线错误，并按正确方法重新接线。

（4）电枢绕组存在短路或断路故障。检查测量短路或断路点，视具体情况修复或更换电枢绕组。

（5）串励电动机负载过轻。经检查串励电动机确系负载过轻，适当增加负载以利启动安全。

（6）复励电动机的串励绕组极性接错。仔细检查串励绕组的接线情况，找出错误，并按正确方法重新接线。

（7）电刷偏移原正常位置。经检查如确系电刷位置偏移故障，可按原标记重新配置电刷，或采用感应法重新找出电刷的正确位置，重新配置电刷。

4、运行时电枢过热

（1）电动机过载或超规定频繁启动。减轻负载或减少频繁启动。

（2）电枢绕组存在短路或接地故障。检查测量确认绕组短路或接地的准确位置，视具体情况修复或更换电枢绕组。

（3）换向器存在片间短路。清除换向器片间的焊锡、铜屑和毛刺。

（4）电刷弹簧压力过大使换向器异常发热。调整电刷弹簧压力。

（5）电枢与定子磁极相擦。检查电动机大、小端盖和磁极铁芯是否有螺栓松动或紧固未到位现象，找出故障并予以修复。

（6）定子主磁极气隙不匀。检查定子主磁极并予以调匀。

（7）电动机冷却条件恶化。清理滤尘网、风道，检查风扇有无缺陷。

（8）并励、复励电动机的电源电压过低。用电压表测量电源电压，找出电压低的原因并恢复到额定值。