直流电机的工作原理

　　
　　一、直流发电机工作原理
　　直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
　　感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。）
　　在图1.1所示瞬间，导体a b 、c d 的感应电动势方向分别由 b指向 a和由d 指向 c 。这时电刷 A呈正极性,电刷B 呈负极性。
　　图1.1 直流发电机原理模型
　　当线圈逆时针方向旋转180°时，这时导体c d 位于N 极下，导体a b 位于S 极下，各导体中电动势都分别改变了方向。
　　图1.2 直流发电机原理模型
　　从图看出，和电刷 A接触的导体永远位于 N极下，同样，和电刷 B接触的导体永远位于S 极下。因此，电刷 A始终有正极性，电刷 B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如果电枢上线圈数增多，并按照一定的规律把它们连接起来，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。
　　二、直流电动机的工作原理
　　导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。
　　图1.3 直流电动机的原理模型
　　当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。
　　图1.4 直流电动机原理模型
　　因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 　　（1）新的或长期停用的电机，使用前应检查绕组间和绕组对地绝缘电阻。通常对500V以下的电机用500V；对500-1000V的电机用1000V绝缘电阻表；对1000V以上的电机用2500V绝缘电阻表。绝缘电阻每千伏工作电压不得小于1MΩ，并应在电机冷却状态下测量。
　　（2）检查电机的外表有无裂纹，各紧固螺钉及零件是否齐全，电机的固定情况是否良好。 （3）检查电机传动机构的工作是否可靠。 （4）根据所示数据，如电压、功率、频率、联结、转速等与电源、负载比较是否相符。 （5）检查电机的通风情况及轴承润滑情况是否正常。 （6）扳动电机转轴，检查转子能否自由转动，转动时有无杂声。 （7）检查电机的电刷装配情况及举刷机构是否灵活，举刷手柄的位置是否正确。 （8）检查电机接地装置是否可靠。
　　电机行业标准
　　GB/T 1993-1993 旋转电机冷却方法
　　GB 20237-2006 起重冶金和屏蔽电机安全要求
　　GB/T 2900.25-2008 电工术语 旋转电机
　　GB/T 2900.26-2008 电工术语 控制电机
　　GB 4831-1984 电机产品型号编制方法
　　GB 4826-1984 电机功率等级
　　JB/T 1093-1983 基本试验方法 　　1：伺服电动机
　　伺服电动机广泛应用于各种控制中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。
　　伺服电动机有直流和交流之分，最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场,但通常采用电枢控制。
　　2：步进电动机
　　步进电动机主要应用在数控制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的。
　　除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的驱动器的马达，也可以应用在和中。
　　3：力矩电动机
　　力矩电动机具有低转速和大力矩的特点。一般在纺织工业中经常使用，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同。
　　4：
　　开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市场潜力。
　　5：无刷直流电动机
　　无刷直流电动机的特性和调节特性的线性度好，调速广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大的应用。
　　6：直流电动机
　　直流电动机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应用仍然很广泛，尤其在直流电源出现以后。
　　7：异步电动机
　　异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、、、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。
　　在家用电器中应用比较多，例如、、、等。
　　8：同步电动机
　　同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器或者充当控制元件。其中三相同步电动机是其主体。此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性。 　　减速电机是指和电机(马达)的集成体。这种集成体通常也可称为或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。
　　减速电机概述
　　1、减速电机结合国际技术要求制造,具有很高的科技含量。
　　2、节省空间,可靠耐用,承受过载能力高,功率可达95KW以上。
　　3、能耗低,性能优越,减速机效率高达95%以上。
　　4、振动小,噪音低,节能高,选用优质段钢材料,钢性箱体,齿轮表面经过高频热处理。
　　5、经过精密加工,确保定位精度,这一切构成了齿轮传动总成的齿轮减速电机配置了各类电机,形成了机电一体化,xx保证了产品使用质量特征。
　　6、产品才用了系列化、模块化的设计思想,有广泛的适应性,本系列产品有极其多的电机组合、安装位置和结构方案,可按实际需要选择任意转速和各种结构形式。
　　减速电机分类
　　1、大功率齿轮减速电机
　　2、同轴式减速电机
　　3、平行轴斜齿轮减速电机
　　4、螺旋锥齿轮减速电机
　　5、YCJ系列齿轮减速电机
　　减速电机广泛应用于冶金、矿山、起重、运输、水泥、建筑、化工、纺织、印染、制药等各种通用机械设备的减速传动机构。 　　专业电机保养维修中心电机保养流程：清洗定转子--更换碳刷或其他零部件--真空F级压力浸漆--烘干--校动平衡。
　　1、使用环境应经常保持干燥，电动机表面应保持清洁，进风口不应受尘土、纤维等阻碍。
　　2、当电动机的热保护连续发生动作时，应查明故障来自电动机还是超负荷或保护装置整定值太低，xx故障后，方可投入运行。
　　3、应保证电动机在运行过程中良好的润滑。一般的电动机运行5000小时左右，即应补充或更换，运行中发现轴承过热或润滑变质时，及时换润滑脂。更换润滑脂时，应xx旧的润滑油，并有汽油洗净轴承及轴承盖的油槽，然后将ZL-3填充轴承内外圈之间的空腔的1/2（对2极）及2/3（对4、6、8极）。
　　4、当轴承的寿命终了时，电动机运行的振动及噪声将明显增大，检查轴承的径向游隙达到下列值时，即应更换轴承。
　　5、拆卸电动机时，从轴伸端或非伸端取出转子都可以。如果没有必要卸下风扇，还是从非轴伸端取出转子较为便利，从定子中抽出转子时，应防止损坏定子绕组或绝缘。
　　6、更换绕组时必须记下原绕组的形式，尺寸及匝数，线规等，当失落了这些数据时，应向制造厂索取，随意更改原设计绕组，常常使电动机某项或几项性能恶化，甚至于无法使用。 　　变频电机的构造原理
　　电动机的调速与控制，是工农业各类机械及办公、民生电器设备的基础技术之一。随着电力电子技术、微电子技术的惊人发展，采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，正在以其{zy1}的性能和经济性，在调速领域，引导了一场取代传统调速方式的更新换代的变革。它给各行各业带来的福音在于：使机械自动化程度和生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、电源系统容量相应提高、设备小型化、增加舒适性，目前正以很快的速度取代传统的机械调速和直流调速方案。
　　由于变频电源的特殊性，以及系统对高速或低速运转、转速动态响应等需求，对作为动力主体的电动机，提出了苛刻的要求，给电动机带来了在电磁、结构、绝缘各方面新的课题。
　　变频电机的应用
　　变频调速目前已经成为主流的调速方案，可广泛应用于各行各业无级变速传动。
　　特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用，变频电机的使用也日益广泛起来，可以这样说由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性，凡是用到变频器的地方我们都不难看到变频电机的身影。 　　机床上传统的“旋转电机 + 滚珠丝杠”进给传动方式,由于受自身的限制 ,在进给速度、加速度、快速定位等方面很难有突破性的提高, 已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。直线电机将电能直接转换成直线运动机械能,不需要任何中间转换机构的传动装置。具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。在机床进给系统中,采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的{zd0}区别是取消了从电机到(拖板)之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零,因而这种传动方式又被称为“零传动”。正是由于这种“零传动”方式, 带来了原旋转电机驱动方式无法达到的指标和优点。
　　(1)高速响应
　　由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等),使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,反应异常灵敏快捷。 (2)精度
　　直线驱动系统取消了由于等机械机构产生的传动间隙和误差,减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,即可大大提高机床的定位精度。
　　(3)动刚度高由于“直接驱动”,避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象, 同时也提高了其传动刚度。
　　(4)速度快、加减速过程短
　　由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车(时速可达500km/h),所以用在机床进给驱动中,要满足其超高速切削的{zd0}进给速度(要求达60～100M/min 或更高)当然是没有问题的。也由于上述“零传动”的高速响应性,使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速, 高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加,一般可达2～10g(g=9.8m/s2),而滚珠丝杠传动的{zd0}加速度一般只有0.1～0.5g。
　　(5) 行程长度不受限制在上通过串联直线电机, 就可以无限延长其行程长度。
　　(6)运动动安静、噪音低。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),其运动时噪音将大大降低。
　　(7)效率高。由于无中间传动环节,xx了机械摩擦时的能量损耗,传动大大提高。
　　家电电机的常见故障检修
　　在家用电器设备中，如电扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机、吸尘器等，其工作动力均采用。这种电动机结构较简单，因此有些常见故障可在业余条件下进行修复。
　　１．电动机通电后不启动
　　该故障除了电源回路、电机绕组不良外，大多是电机的启动电路异常。电扇、排风扇、洗衣机等电机一般采用电容器启动运转；而电冰箱、冷柜等的电机多采用电阻分相启动运转，一旦启动电路中的电容器或分相电阻损坏，电机就不能正常运转，检修时应先排除启动电路故障后再查电机故障。
　　若启动电路正常，则可能是电动机内部绕组局部短路或断路，可用万用表Ｒ×１挡测各绕组电阻值来判断。
　　如电冰箱压缩机电机，正常情况下启动绕组电阻值约为２３Ω，运行绕组电阻值为１０Ω左右，起动和运行串接绕组正常阻值应为两者之和。
　　２．电动机转速慢而无力
　　电动机在通电后转速慢而无力时，对于电容启动式电机大多为电容器容量不足、漏电严重或电源电压过低；此外鼠笼转子铝条部分如果有严重的缺损及断条情况，特别是洗衣机电机经常启动和正反交替运转，转子铝条较大的感应电流易使转子铝条断裂，也导致运转慢而无力。
　　当发现铝条有裂缝时，可用手电钻在裂缝间钻一个小孔，用相应的铝丝条嵌入孔内，然后将其敲平铆死，{zh1}用钢锉和砂纸打磨平整光滑即可。若铝条断裂面较大时，有条件的可采用铝丝气焊的方法加以修补。
　　３．电动机外壳带电
　　一般要求电机泄漏电流不应大于０．８ｍＡ，以保证人身安全。
　　电动机外壳漏电的主要原因有电机内某引出线绝缘破损并碰触壳体；电机绕组局部烧毁引起定子与外壳间漏电。较多见的是长期处于高湿环境，导致电机受潮绝缘降低而使机壳带电。此时，可用摇表测量电机各绕组与机壳间的绝缘电阻值，若在２ＭΩ以下，则说明电机已受潮严重，应将电机定子绕组进行烘烤去潮处理。
　　４．电动机运转时温升加剧
　　各类家用单相电动机在正常工作状态下，其电机壳体表面温度一般比环境温度高２０℃左右，{zg}温升不应高于７０℃。如果电机工作几分钟后出现壳体表面温度剧升，且机内散发焦油味甚至冒烟，则为电机过热故障。
　　电机过热温升的原因，主要有电机自身质量问题；电机长期处于超负荷运行状态（传动机构故障引起电机负荷大）；电机散热条件差；电机绕组局部短路等。其中较常见的是绕组匝间 短路，可拆开机壳检查绕组。如果线包无烧毁现象，可将定子重新进行浸漆绝缘处理，然后烘干。若线包有局部烧毁，那只有更换绕组线包。
　　５．电动机运行噪声大
　　电机工作噪声大，一般有两种原因，一是机械噪声，主要是电机轴承磨损和缺油，产生硬摩擦噪声。对此可清洗后加入润滑脂减少噪声。当转子轴与轴承松动或端盖松动时，也会使电机在旋转时产生轴向窜动发出噪声。也有一些装配质量差的电机，轴承室不同心，电机径向间隙不均匀等均会产生异常噪声。对此，只要拆下外盖和后内盖，取出转子和定子座，重新敲铆内盖的中心轴即可应急修复。
　　另外，一些罩极式电机的短路环松动或铁心松动而产生电磁噪声，应采取夹紧措施。