直流電機(jī)（direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

　　直流無刷電機(jī)的控制原理，要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟（或關(guān)閉）換流器（inverter）中功率晶體管的順序，inverter中之AH、BH、CH（這些稱為上臂功率晶體管）及AL、BL、CL（這些稱為下臂功率晶體管），使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向（或逆向）旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號的位置時(shí)，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管（或只開下臂功率晶體管）；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。

　　基本上功率晶體管的開法可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因?yàn)?a target="_blank">電子零件總有開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂（或下臂）尚未完全關(guān)閉，下臂（或上臂）就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。

　　當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令（Command）與hall-sensor信號變化的速度加以比對（或由軟件運(yùn)算）再來決定由下一組（AH、BL或AH、CL或BH、CL或……）開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。

　　高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實(shí)時(shí)性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動則因?yàn)榛貍鞯膆all-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時(shí)機(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適當(dāng)配置控制參數(shù)值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好，P.I.D.控制的恰當(dāng)與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機(jī)是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部電機(jī)轉(zhuǎn)速距離目標(biāo)速度還差多少，這就是誤差（Error）。知道了誤差自然就要補(bǔ)償，方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復(fù)雜多變的，若要控制的堅(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。

　　直流電機(jī)的常見故障與維護(hù)

　　上圖為直流電機(jī)的俯視圖，關(guān)于直流電機(jī)做發(fā)電機(jī)使用的時(shí)候，有以下幾點(diǎn)要注意：

　　（1）因?yàn)殡姌袑?dǎo)磁，故圖中線圈內(nèi)部（黑色）不存在電磁感應(yīng)現(xiàn)象。磁場只存在于電樞外部和電樞鐵芯中。

　?。?）電刷與正負(fù)極出線固定，換向器隨轉(zhuǎn)子做逆時(shí)針運(yùn)動，如圖。

　?。?）一般來說一個(gè)換向器對一個(gè)電刷，也有3個(gè)左右換向器對一個(gè)電刷。

　　結(jié)論：

　?。?）關(guān)于直流電機(jī)做發(fā)電機(jī)時(shí)候正負(fù)極的判斷：藍(lán)色鐵芯導(dǎo)慈，故圖中黑色部分不存在磁場，所以只在藍(lán)色鐵芯外做切割磁感線運(yùn)動，故電動勢只產(chǎn)生于藍(lán)色鐵芯外部。

　　然后圖中逆時(shí)方向運(yùn)動，電動勢如圖所示，以圖中正極為例的話，電動勢流向電刷，再由電刷流向外部電路，這和電源正極的特點(diǎn)一樣，故為正極。同理可知右邊部分為負(fù)極。

　?。?）輸出電動勢為關(guān)聯(lián)各換向片的電動勢和，此處關(guān)聯(lián)是感應(yīng)電動勢方向與正負(fù)極關(guān)聯(lián)。

　　（3）關(guān)于正負(fù)極為什么位于圖中位置時(shí)，所得電動勢最大，是因?yàn)槿绻皇菆D中的位置，會有正負(fù)電動勢在同一極的關(guān)聯(lián)方向相互抵消。

　　使用

　　1． 電機(jī)的起動準(zhǔn)備

　　電機(jī)在安裝后投入運(yùn)行前或長期擱置而重新投入運(yùn)行前，需做下列起動準(zhǔn)備工作：

　?。?） 用壓縮空氣吹凈附著于電機(jī)內(nèi)部的灰塵，對于新電機(jī)應(yīng)去掉風(fēng)窗處的包裝紙。檢查軸承潤滑油脂是否潔凈、適量，潤滑脂占軸承室的三分之二為宜。

　?。?） 用柔軟、干燥而無絨毛的布塊擦拭換向器表面，并檢視其是否光潔，如有油污，則可蘸汽油少許拭凈之。

　　（3） 檢查電刷電壓是否正常均勻，刷握的固定是否可靠，電刷在刷握內(nèi)是否太緊或太松，電刷與換向器的接觸是否良好。

　　（4） 檢查在刷桿座上是否標(biāo)有電刷位置的記號。

　?。?） 用手轉(zhuǎn)動電樞，檢查是否阻塞或在轉(zhuǎn)動時(shí)是否有撞擊或摩擦之聲。

　?。?） 接地裝置是否良好。

　?。?） 用500V兆歐表測量繞組對機(jī)殼的絕緣電阻，如小于1MΩ則必須進(jìn)行干燥處理。

　?。?） 電機(jī)出線與磁場變阻器、起動器等連接是否正確，接觸是否良好。

　　2． 電動機(jī)的起動

　　（1） 檢查線路情況（包括電源、控制器、接線及測量儀表的連接等），檢查起動器的彈簧是否靈活，接觸是否良好。

　?。?） 在恒壓電源供電時(shí)，需用起動器起動。閉合電源開關(guān)，在電動機(jī)負(fù)載下，轉(zhuǎn)動起動器，在每個(gè)觸點(diǎn)上停留約2S，直至最后一點(diǎn)，轉(zhuǎn)動臂被電磁鐵吸住為止。

　?。?） 電動機(jī)在單獨(dú)的可調(diào)電源供電時(shí)，先將勵磁繞組通電，并將電源電壓降至最小，然后閉合電樞回路接觸器，逐漸升高電壓，達(dá)額定值或所需轉(zhuǎn)速。

　?。?） 電機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械的連軸器先別連接，輸入小于10%的額定電樞電壓，確定電機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速方向是否一致，一致時(shí)表示接線正確。

　?。?） 電動機(jī)換向器端帶測速發(fā)電機(jī)時(shí)，電機(jī)起動后，應(yīng)檢查測速發(fā)電機(jī)輸出特性，該極性與控制屏極性應(yīng)一致。

　?。?） 電機(jī)起動完畢后，應(yīng)觀察換向器上有無火花，火花等級是否超標(biāo)。

　　3． 電動機(jī)的調(diào)速

　　恒功率弱磁向上調(diào)速，可調(diào)節(jié)磁場調(diào)速器，直至轉(zhuǎn)速達(dá)所需之值，但不得超過技術(shù)條件所允許的最高轉(zhuǎn)速。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可以采用降壓或電樞串電阻向下調(diào)速。

　　4． 電動機(jī)的停機(jī)

　?。?） 如為變速電動機(jī)，先將轉(zhuǎn)速降到最低值。

　　（2） 去掉電動機(jī)負(fù)載（除串勵電動機(jī)外）后切斷電源開關(guān)。

　?。?） 切斷勵磁回路，勵磁繞組不允許在停車后長期通額定電流。

　　維護(hù)

　　電動機(jī)在使用過程中定期進(jìn)行檢查時(shí)應(yīng)特別注意以下事項(xiàng)：

　　1． 電動機(jī)周圍應(yīng)保持干燥，其內(nèi)外部均不應(yīng)放置其他物件

　　電動機(jī)的清潔工作每月不得少于一次，清潔時(shí)應(yīng)以壓縮空氣吹凈內(nèi)部的灰塵，特別是換向器、線圈連接線和引線部分。

　　2． 換向器的保養(yǎng)

　?。?） 換向器應(yīng)是呈正圓柱形的表面，不應(yīng)有機(jī)械損傷和燒焦的痕跡。

　　（2） 換向器在負(fù)載下長期無火花運(yùn)轉(zhuǎn)后，在表面產(chǎn)生一層褐色有光澤的堅(jiān)硬薄膜，這是正常現(xiàn)象，它能保護(hù)換向器的磨損，這層薄膜必須加以保護(hù)，不能用砂布摩擦。

　?。?） 若換向器表面出現(xiàn)粗糙、燒焦等現(xiàn)象時(shí)可用“0”號砂布在旋轉(zhuǎn)著的換向器表面進(jìn)行細(xì)致研磨。若換向器表面出現(xiàn)過于粗糙不平、不圓或有部分凹進(jìn)現(xiàn)象時(shí)應(yīng)將換向器進(jìn)行車削，車削速度不大于1.5m/s，車削深度及每轉(zhuǎn)進(jìn)刀量均不大于0.1mm，車削時(shí)換向器不應(yīng)有軸向移動。

　?。?） 換向器表面磨損很多時(shí)，或經(jīng)車削后，發(fā)現(xiàn)云母片有凸出現(xiàn)象，應(yīng)以銑刀將云母片銑成1~1.5mm的凹槽。

　?。?） 換向器車削或云母片下刻時(shí)，須防止銅屑、灰塵侵入電樞內(nèi)部。因?yàn)橐獙㈦姌芯€圈端部及接頭片覆蓋。加工完畢后用壓縮空氣做清潔處理。

　　3． 電刷的使用

　?。?） 電刷與換向器的工作表面應(yīng)有良好的接觸，電刷壓力正常。電刷在刷握內(nèi)應(yīng)能滑動自如。電刷磨損或損壞時(shí)，應(yīng)以牌號及尺寸與原來相同的電刷更替之，并且用“0”號砂布進(jìn)行研磨，砂布面向電刷，背面緊貼換向器，研磨時(shí)隨換向器作來回移動。

　　（2） 電刷研磨后用壓縮空氣作清潔處理，再使電動機(jī)作空載運(yùn)轉(zhuǎn)，然后以輕負(fù)荷（為額定負(fù)載的1/4~1/3）運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)，使電刷在換向器上得到良好的接觸面（每塊電刷的接觸面積不小于57%）。

　　4． 軸承的保養(yǎng)

　?。?） 軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度太高，或發(fā)出有害雜音時(shí)，說明可能損壞或有外物侵入，應(yīng)拆下軸承清洗檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼珠或滑圈有裂紋損壞或軸承經(jīng)清洗后使用情況仍未改變時(shí)，必須更換新軸承。軸承工作2000~2500小時(shí)后應(yīng)更換新的潤滑脂，但每年不得少于一次。

　?。?） 軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)須防止灰塵及潮氣侵入，并嚴(yán)禁對軸承內(nèi)圈或外圈的任何沖擊。

　　5． 絕緣電阻

　?。?） 應(yīng)當(dāng)經(jīng)常檢查電動機(jī)的絕緣電阻，如果絕緣電阻小于1MΩ時(shí)，應(yīng)仔細(xì)清除絕緣上的污物和灰塵，并用汽油、甲苯或四氯化碳清除之，待其干燥后再涂絕緣漆。

　?。?） 必要時(shí)可采用熱空氣干燥法，用通風(fēng)機(jī)將熱空氣（80℃）送入電動機(jī)進(jìn)行干燥，開始絕緣電阻降低，然后升高，最后趨于穩(wěn)定。

　　6． 通風(fēng)系統(tǒng)

　　應(yīng)經(jīng)常檢查定子溫升，判斷通風(fēng)系統(tǒng)是否正常，風(fēng)量是否足夠，如果溫升超過允許值，應(yīng)立即停車檢查通風(fēng)系統(tǒng)。

　　直流電動機(jī)的常見故障及處理

　　直流電機(jī)定子檢修要求

　　直流電機(jī)定子檢修應(yīng)有以下要求：

　　1、 清掃吹灰，用汽油將各部分油泥擦拭清潔。

　　2.、檢查定子外殼

　?。?）外殼油漆應(yīng)無脫落。

　　（2）接地線應(yīng)完好無斷折松動現(xiàn)象。

　?。?）引線絕緣和瓷瓶應(yīng)完好，引線絕緣無老化鼓泡現(xiàn)象，接線螺絲齊全，端蓋應(yīng)完好無損。

　?。?）定子磁極與外殼連接螺絲應(yīng)緊固。

　　3 、檢查磁極線圈

　?。?） 線圈絕緣應(yīng)良好無發(fā)胖、鼓泡、枯裂及過熱現(xiàn)象。

　　（2） 磁極間連線絕緣及接頭良好，連接螺絲緊固。

　　（3） 用500V搖表測量磁極線絕緣電阻，其值應(yīng)不低于0.5兆歐。

　?。?） 測量線圈直流電阻與廠家數(shù)據(jù)或歷史測量值比較其差別應(yīng)不大于2%（換算至同一溫度下）。

　　4.、檢查磁極鐵芯

　?。?） 磁極鐵芯應(yīng)清潔，無松動現(xiàn)象。

　?。?） 磁極鐵芯無銹斑，無毛刺和過溫現(xiàn)象，如有銹斑可用#00砂布打磨，用布擦凈，毛刺可用銼刀修平將鐵芯表面殘留鐵屑清除后用絕緣漆刷，處理鐵芯表面。

　　5 、定子轉(zhuǎn)子噴漆，若定子或轉(zhuǎn)子表面絕緣漆損壞脫落嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

　?。?） 鐵芯應(yīng)清潔無灰塵油污及電刷粉塵。

　?。?） 鐵芯應(yīng)緊固無松動，無變形。

　?。?） 通風(fēng)溝應(yīng)清潔暢通。

　　直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的檢修

　　直流電機(jī)轉(zhuǎn)子檢修時(shí)應(yīng)做以下檢查：

　　1、檢查電樞鐵芯

　?。?）鐵芯應(yīng)清潔無灰塵油污及電刷粉塵。

　?。?）鐵芯應(yīng)緊固無松動、變形。

　?。?）通風(fēng)溝應(yīng)清潔暢通。

　　2、檢查電樞線圈

　　（1）槽楔良好無松動。

　　（2）線圈表面應(yīng)光滑無破裂、磨損及燒傷等現(xiàn)象。

　?。?）用1KV搖表測量電樞線圈對鐵芯的絕緣電阻不低于0.5兆歐。

　　3、檢查電樞綁線

　　（1）綁線應(yīng)清潔無松動。

　?。?）焊錫無熔化開焊現(xiàn)象。

　?。?）綁線下所墊的絕緣應(yīng)完好。

　　4、檢查風(fēng)扇

　?。?）風(fēng)扇應(yīng)清潔，無灰塵油污。

　?。?）葉片無破裂變形，鉚釘應(yīng)牢固。檢查時(shí)可用小錘子敲打風(fēng)葉根據(jù)聲音判斷風(fēng)扇有無大損壞。

　?。?）平衡塊無松動、移動現(xiàn)象。