电动机的结构与维修（第2版）06章

第六章直流电动机学完本章之后，你能够：

l

熟悉直流电动机铭牌意义；l

熟悉直流电动机的结构原理；l

了解直流电动机的分类、特性及应用；l

掌握交直流两用串励电动机的结构原理及应用；l

能检修直流电动机的一般故障。第一节

直流电动机的结构与工作原理

第二节

直流电动机的分类及特性

第三节直流电动机的常见故障及处理技能训练6-1直流电动机的拆卸与装配第六章直流电动机第一节

直流电动机的结构与工作原理一、直流电动机铭牌

直流电动机

型号

Z2—21额定功率

1.1KW

额定电压

110V额定电流

13、45A额定转速

1500转/分

励磁方式

并励

励磁电压

100V

励磁电流

0、71A

绝缘等级

B工作方式

S1质量

59千克

出品编号出品日期

2006年3月

××电机厂

1．型号Z2Q——322号铁心长度

3号机座

Q表示卧式电机，不加字母表示一般用途防护式

2表示第二次设计

Z表示直流电动机Z4160/2—211号端盖

2号铁心

极数为2中心高度（mm）

第四次设计

直流电动机

直流电动机的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。字母与数字意义如下：

2．额定值

（1）额定功率：电机长期运行所允许的输出功率。对发电机来说是指输出的电功率；对电动机来说是指轴上输出的机械功率。（2）额定电压：电机正常工作时出线端的电压值。对发电机来说是输出电压，对电动机来说是电源输入的电压。（3）额定电流：电机在额定运行时的电流值。对发电机来说是供给负载的电流，对电动机来说是从电源输入的电流。（4）额定转速：电机电压、电流均为额定值时转子的旋转速度，单位为转/分。2．额定值

（5）励磁方式：励磁绕组和电枢绕组的接线关系，有他励、并励、串励、复励等。（6）额定励磁电压：加在励磁绕组两端的额定电压。（7）额定励磁电流：电机额定运行时所需的励磁电流。（8）工作方式：也叫定额，电机在额定状态运行时能持续工作的时间，分为连续、短时和断续三种，分别用S1、S2、S3表示。电机所用绝缘材料的等级

（9）绝缘等级：二、直流电动机结构

直流电动机主要由定子和转子组成。

二、直流电动机结构

1．定子：直流电动机的定子由主磁极、换向磁极、机座和电刷装置等部件组成。

主磁极是由主磁极铁心和套在主磁极铁心上的励磁绕组组成，其作用是产生方向不变的主磁场。

换向磁极是由换向极铁心和套在换向极铁心上的换向极绕组构成，装在相邻的两主磁极之间，用来产生附加磁场，其作用是改善电动机的换向。

机座由铸钢或钢板制成，除了用来支撑保护主磁极、换向磁极、端盖和转子外，还是电动机磁路的一部分，称之为磁轭。

电刷装置由电刷、刷架、弹簧等构成，利用弹簧把电刷压在转子的换向器上。其作用是通过固定的电刷和旋转的换向器之间的滑动接触，使转动的转子电路与静止的外电路相连接。

二、直流电动机结构

2．转子直流电动机的转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件组成。电枢铁心由硅钢片冲制迭压而成，是磁路的一部分，在外圆上有均匀分布的槽，用来嵌放电枢绕组。电枢绕组是由许多绕组元件构成，它们按一定的规则嵌放在电枢铁心表面的槽里，并按一定的规则和换向器连接起来，使绕组本身连成一个回路，当直流电流通过时，受到定子磁场的电磁力产生电磁力矩而转动，实现电能向机械能的转换。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，装在转子的一端。换向片之间相互绝缘，每一换向片按一定的规则与电枢绕组元件连接。三、直流电动机工作原理

图解1图解2图解3图解4FFFFFFFFFFFF电流流向：电源正极→电刷A→换向片1→a→b→c→d→换向片2→电刷B→电源负极，根据左手定则判断线匝将受电磁力矩向逆时针方向转动。

三、直流电动机工作原理

图解1电流流向：电源正极→电刷A→换向片1→a→b→c→d→换向片2→电刷B→电源负极，根据左手定则判断线匝将受电磁力矩向逆时针方向转动。

三、直流电动机工作原理

图解1FF三、直流电动机工作原理

图解2当线匝转到图示位置时，换向片

1、2分别被碳刷A、B短接，线匝中电流为零，线匝不受力，线匝靠惯性转过这一位置。

三、直流电动机工作原理

图解2当线匝转到图示位置时，换向片

1、2分别被碳刷A、B短接，线匝中电流为零，线匝不受力，线匝靠惯性转过这一位置。

三、直流电动机工作原理

图解3FFFFFFFFFFFF线匝靠惯性转过这一位置后，换向片2、1分别与电刷A、B滑动接触，如图所示，这时的电流流向为：电源正极→电刷A→换向片2→d→c→b→a→换向片1→电刷B→电源负极，根据左手定则判断线匝受电磁力矩的方向不变，依然作逆时针方向转动。

三、直流电动机工作原理

图解3FF线匝靠惯性转过这一位置后，换向片2、1分别与电刷A、B滑动接触，如图所示，这时的电流流向为：电源正极→电刷A→换向片2→d→c→b→a→换向片1→电刷B→电源负极，根据左手定则判断线匝受电磁力矩的方向不变，依然作逆时针方向转动。

当线匝转到图示位置时，换向片1、2又分别被碳刷A、B短接，电流为零，线匝不受力，线匝靠惯性转过这一位置。三、直流电动机工作原理

图解4从此可以看出，由于换向器的作用，使得转子转到N、S极下的导体电流方向不变，转子所受力矩方向不变，转子沿一个方向转动。如果没有换向片，线匝不可能持续转动。

三、直流电动机工作原理

图解5FFFF1．直流电动机转矩

由理论分析和实验证明，直流电动机产生的电磁转矩与电枢电流和磁极磁通的乘积成正比三、直流电动机工作原理

M=CmIsΦ

Cm—电机常数Is—电枢电流Φ—主磁极磁通。

由上式可知，要增大直流电动机的转矩，只需增大励磁电流（在主磁极不饱和的情况下）和电枢电流即可。

2．直流电动机电枢绕组的反电动势

三、直流电动机工作原理

电枢转动时，绕组导体切割定子磁场的磁力线产生感应电动势，由右手定则判断正好与外加的直流电压方向相反，故称为反电动势

Ef=Cf

nΦEf——反电动势Cf——电机常数n——电动机转速

该式表征了直流电动机运转的基本条件，称为电压平衡方程式。

上式说明反电动势的大小与磁极磁通和电枢转速成正比。这样直流电动机外加电源电压一部分用来平衡反电动势，另一部分降在绕组电阻上，即式中；Ef—反电动势

Is—电枢电流

R—电阻U=Ef+IsR

n=（U-IsR）/CfΦ

分析上式可知，改变直流电动机的转速可以有三种方法：（1）改变电源电压，简称调压；（2）改变电枢电路中的调节电阻，简称调阻；（3）改变励磁电流从而改变主磁通，简称调磁。

3．转速

三、直流电动机工作原理

Ef=Cf

nΦU=Ef+IsR有以上分析可知当直流电动机所受阻力矩增加使电动机转速下降时，产生的反电动势减小，在外加电压恒定的情况下，电枢电流增加，从而使电磁转矩也增大，直至增大到与阻力矩相平衡时，电动机又在较低的转速下做平衡运转。反之，当直流电动机所受阻力矩减小使电动机转速增加时，产生的反电动势增加，在外加电压恒定的情况下，电枢电流减小，从而使电磁转矩减小，直至减小到与阻力矩相平衡时，电动机又在较高的转速下平稳运转。三、直流电动机工作原理

由此可知，直流电动机在负载发生变化即阻力矩发生变化时，电枢转速、电流、转矩都会自动做相应的调整，以满足驱动不同负载的需要，这就是直流电动机转矩自动平衡原理。转矩公式M=CmIsΦ

反电动势公式Ef=Cf

nΦ转速公式n=（U-IsR）/CfΦ

电压平衡方程式U=Ef+IsR三、直流电动机工作原理

4．直流电动机的可逆性根据电源极性、电流方向、左手定则判定转动方向。根据转动方向、右手定则判定感应电动势方向和输出电源极性。FF+-直流电动机FF+-直流发电机三、直流电动机工作原理

4．直流电动机的可逆性根据电源极性、电流方向、左手定则判定转动方向。根据转动方向、右手定则判定感应电动势方向和输出电源极性。FF+-直流电动机FF+-直流发电机返回按照励磁方式不同，直流电动机可分为永磁式、并励式、串励式、复励式等。

第二节

直流电动机的分类及特性

一、并励直流电动机1．结构：并励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组并联，励磁绕组的匝数较多，线径较细。2．并励电动机的工作特性从直流电动机速度特性表达式n=（U-IsR）/CfΦ可知，在电源电压U和励磁电流If不变的条件下，当电枢电流增加时，电枢绕组压降IsR增加使转速n趋于下降，而去磁的电枢反应则使转速趋于上升，因此电动机的转速变化很小。从M=CmIsΦ可知，直流电动机的转矩应该是一倾斜直线，但由于速度特性曲线的下降而使转矩特性曲线略为向上弯曲，如图6-7所示，以保证输出功率和电枢电流的线性关系。

第二节

直流电动机的分类及特性

一、并励直流电动机电流Is转速n、转矩M转矩M转速n３．并励直流电动机的机械特性

由此可见，并励直流电动机的转速随转矩增大线性下降第二节

直流电动机的分类及特性

一、并励直流电动机

转矩M

转速n

M=CmIsΦ

转速公式n=（U-IsR）/CfΦ

n=U/CfΦ-R/CfCmΦ2·M３．并励直流电动机的机械特性

第二节

直流电动机的分类及特性

一、并励直流电动机从n=（U-IsR）/CfΦ也可看出，当励磁电阻太大或断路时，励磁电流很小，磁通很小，致使转速很大，甚至出现“飞车”现象，因此并励电动机运行时，励磁绕组绝不能断路。

1．结构：2．并励电动机的工作特性第二节

直流电动机的分类及特性

二、永磁直流电动机

永磁直流电动机的定子磁场由永磁钢产生，所以其工作特性、机械特性和并励直流电动机相似。永磁直流电动机由于结构简单，价格低廉，故障少，体积小而在一些小电器中得到了广泛应用。

第二节

直流电动机的分类及特性

三、串励直流电动机1．串励直流电动机的结构原理串励直流电动机的励磁线圈和电枢绕组相串联，因而励磁线圈的电流与电枢绕组的电流相等。它的特点是励磁绕组匝数较少，线径较粗，励磁绕组上的电压降很小。第二节

直流电动机的分类及特性

三、串励直流电动机直流电动机的旋转方向是由定子磁场方向和电枢电流方向决定的，改变其中的任何一个，都会使电动机的旋转方向改变，如果同时改变两个方向，电动机的旋转方向则不改变，对于串励电动机来说，电枢绕组和励磁绕组串联，改变电源电压方向时，两者中的电流方向都要改变，电动机旋转方向并不改变，因此串励电动机的转向与电源极性无关，可以用交流电源供电。因此，串励式电动机是交直流两用电动机。因为交流供电远比直流供电方便，所以串励式电动机更多地采用交流供电，因此也叫做单相串励（串激）式电动机。1．串励直流电动机的结构原理第二节

直流电动机的分类及特性

三、串励直流电动机2．串励电动机的应用（1）电动工具冲击电钻手电钻普通交流电钻普通直流电钻第二节

直流电动机的分类及特性

三、串励直流电动机2．串励电动机的应用（2）电动缝纫机

家用电动缝纫机多用交直流两用串励电动机，用交流220V市电供电，电动机转速由脚踏开关控制。依靠改变串接在电源线上的可变电阻的数值，或改变串接电抗器的抽头，来改变电动机的端电压，从而达到调速的目的，家用缝纫机的电动机转速700-8000转/分。第二节

直流电动机的分类及特性

三、串励直流电动机2．串励电动机的应用（3）电吹风电动机电吹风是电动机带动风扇高速旋转，将通电的电热元件产生的热量带出，形成热风吹干物体。

电吹风电动机多使用单相串励式电动机，用220V交流电供电，也有使用罩极式单相交流电动机，无须调速第二节

直流电动机的分类及特性

三、串励直流电动机2．串励电动机的应用（4）吸尘器电动机吸尘器是利用高速旋转的电动机转子轴上安装的风叶将吸尘器筒内的空气排出，使筒内形成局部真空。依靠筒内外的气压差将筒外的灰尘经吸尘器软管吸入筒内，再通过过滤袋将灰尘留在袋内。吸尘器使用交直流两用串励电动机，转速高达13000转/分-21000转/分，无需调速。功率200W-1000W不等。第二节

直流电动机的分类及特性

四、复励直流电动机主磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。当两个绕组产生的磁通方向一致时，称为积复励电机；反之，称为差复励电机。积复励电机较差复励电机工作稳定，工作特性和机械特性介于串励和并励之间。

第二节

直流电动机的分类及特性

五、直流电动机的应用实例

刮水器电动机、冷却风扇电动机、空调风扇电动机、门窗电动机等，这些电动机因为功率较小，一般采用铁氧体（或稀土）永磁直流电动机，也有用无刷直流电动机的。

1．汽车、摩托车电机

起动发动机（汽油机或柴油机）用的起动机实际上就是一台直流串励式电动机，当发动机刚起动时阻力矩最大，起动机（串励式直流电动机）处于完全制动工况下，转速和反电动势都为0，蓄电池供给最大的起动电流，故能产生最大的起动转矩，将发动机很容易地起动，当发动机转速达到一定值时和起动机脱离。因为发动机起动时间很短，所以采用短时工作制电动机，起动后应迅速断开起动机电路。第二节

直流电动机的分类及特性

五、直流电动机的应用实例

电动自行车用普通直流电动机（有刷）或无刷直流电动机，通过串接电阻器或采用斩波电路改变电动机上的电压来调速。

2．音像设备电动机

在录音机、电唱机、录象机、摄象机、VCD、DVD等音像设备中所用的电动机，一般是专用的永磁直流电动机。3．剃须刀电动机电动剃须刀使用永磁式直流电动机，由电池或整流器供电。电动机转速达4500—6500转/分。电动机的定子由永久磁钢产生固定磁场，电枢为三个磁极，线圈绕线方向相同。三个线圈头尾相接并接在换向片上。这种结构保证电枢停在任何位置时，都能获得起动转矩。4．玩具电动机5．电动自行车电机第二节

直流电动机的分类及特性

五、直流电动机的应用实例

电动自行车用普通直流电动机（有刷）或无刷直流电动机，通过串接电阻器或采用斩波电路改变电动机上的电压来调速。

2．音像设备电动机

在录音机、电唱机、录象机、摄象机、VCD、DVD等音像设备中所用的电动机，一般是专用的永磁直流电动机。3．剃须刀电动机电动剃须刀使用永磁式直流电动机，由电池或整流器供电。电动机转速达4500—6500转/分。电动机的定子由永久磁钢产生固定磁场，电枢为三个磁极，线圈绕线方向相同。三个线圈头尾相接并接在换向片上。这种结构保证电枢停在任何位置时，都能获得起动转矩。4．玩具电动机5．电动自行车电机返回1．无法起动

故障原因

处理方法

电源进线或电动机电枢绕组开路

检查电源电压是否正常，开关触点是否完好；熔断器是否熔断；电动机接线是否良好；电刷与换向器表面接触是否良好。

起动时过载

减小电动机所带负载

励磁回路断开

检查励磁变阻器及励磁绕组是否断开

起动电流太小

检查电源电压是否太低，起动电阻器是否太大

第三节直流电动机的常见故障及处理

2．电动机转速过高

故障原因

处理方法

电源电压过高

调低电源电压

励磁电流小

检查励磁调节电阻是否过大，接点是否接触不良

串励电动机负载过轻

增加负载

第三节直流电动机的常见故障及处理

3．电动机转速过低故障原因

处理方法

电源电压过低调高电源电压电刷位置不对

调整电刷位置，需正反转的电动机电刷位置应为几何中线处电枢部分绕组有短路或开路检查电枢绕组，找出短路或断路出并加以修理换向片间短路

将换向片间碳粉或金属屑剔除干净第三节直流电动机的常见故障及处理

4．换向器与电刷间火花过大故障原因

处理方法

电刷与换向器接触不良研磨电刷与换向器接触面，轻载运转一小时左右刷握松动或安装位置不正确紧固或重新调整刷握位置电刷磨损严重更换同型号新电刷并调整弹簧压力电动机过载减小负载换向极绕组部分短路找出短路点，恢复绝缘换向极绕组接反

检查换向极极性，电动机顺旋转方向极性应为n—N—s—S

电枢绕组有短路或断路故障找出短路点或断路点，恢复短路处的绝缘或将断路处重新接通电源电压过高调整电源电源电压为额定值第三节直流电动机的常见故障及处理

5．电机温升过高故障原因

处理方法

长期过载恢复正常负载未按规定运行“短时”、“断续”运行的电动机不能作长期运行通风不良检查电机自身所带的风扇是否正常完好，风道是否畅通电枢绕组或换向器有短路现象找出绕组短路点并恢复绝缘；清除换向片间金属屑或电刷碳粉定转子铁心相擦更换轴承电动机频繁起动或改变转向

避免频繁起动、换向

电源电压过高或过低将电压调整到额定值并励绕组部分短路测量每一磁极绕组判断有无匝间短路第三节直流电动机的常见故障及处理

6．运转时有较大的异常噪声故障原因

处理方法

电枢平衡未校好重新校平衡或更换电枢绕组电刷太硬或压力太大更换电刷，调整弹簧压力轴承