直流电机基本原理及检修

直流电机检修技能培训课件冀东电力检修有限责任公司编写：马爱军课件主要内容一、直流电机的感性认识及概述二、直流电机的工作原理三、直流电机的结构与分类四、直流电机铭牌数据五、直流电机的检修及工艺标准六、直流电动机的调速七、直流电机的常见故障返回直流电动机感性认识（图片）一、概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电。直流电机的优点：（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具二、直流电机的工作原理（一）直流电动机的基本工作原理1）直流电动机模型直流电源电刷换向器电枢绕组电枢绕组NSIIabcdU+–电刷换向片转动方向磁极二、直流电机的工作原理a.电磁感应定律的应用（左手定则）b.换向器的作用：保证流入的磁极下的电流方向不变（直流电）c.基本工作原理通过电刷将直流电源加到电动机换向器上，换向器与电枢线圈相连，电枢中有电流流过，电枢电流受磁场作用力而使得电枢转动。由于电刷和换相器的作用，每一极性下的导体中的电流方向始终不变，产生单方向的电磁转矩，使电枢向一个方向旋转，这就是直流电动机的基本工作原理。2）直流电机的基本工作原理同一台电机，既可作电动机运行又可作发电机运行的原理，在电机理论中称为可逆原理。当原动机以某一转速拖动转子（电枢）旋转，电枢绕组切割磁力线，产生感应电动势，形成感应电流，通过电刷流过负载，实现机械能转换成电能。U+–NSEEIa这是输入机械转距这是输出电流这是负载发电机：电枢电流与电枢电压方向相反，输入转距，输出电能电动机：电枢电流与电枢电压方向相同，消耗电能，输出转距；二、直流电机的工作原理NS3）直流发电机的工作原理图NS－E＋－E＋输出直流电换向原动机感应电动势、电流Φ电磁转矩（阻转矩）做功电磁关系三、直流电机的结构与分类（一）定子组成：机座、主磁极、换向极、端盖、轴承、和电刷等。作用：产生磁场、支撑作用。1）主磁极组成：由主极铁心、励磁绕组组成、作用：产生工作磁场。机座磁极励磁绕组直流电动机定子结构2）换向极（图中未画出）组成：由铁心、绕组组成。换向极绕组与电枢绕组串联。作用：改善电机的换向性能，防止产生电弧火花。3）电刷装置接通外电路与电枢绕组。和换向器一起将绕组内交流电—转换为外部直流电。4）机座固定与支撑作用，另外也是磁路的一部分。1、结构三、直流电机的结构与分类机座磁极励磁绕组直流电动机结构图转子换向器（二）转子（电枢）包括电枢铁心、绕组、换向器和转轴等1）电枢铁心：由0.35—0.5mm厚的硅钢片叠制而成。2）电枢绕组：由绝缘导线绕制的电枢线圈组成3）换向器：由绝缘材料相隔的铜片做成，并固定在轴上。转子换向器三、直流电机的结构与分类2、分类(1)根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。G(2)直流发电机按励磁方式分类自励GIa+Ua－他励串励复励并励Ia+U－IfIGGIfIa+U－I+U－IfIIaIf+Uf－三、直流电机的结构与分类三、直流电机的结构与分类绕组名称1965年1965-1980年1980年后始端末端始端末端始端末端电枢绕组S1S2S1S2A1A2换向绕组H1H2H1H2B1B2串联绕组C1C2C1C2D1D2并励绕组F1F2B1B2E1E2他励绕组W1W2T1T2F1F2补偿绕组B1B2BC1BC2C1C23)(3)直流电机绕组线端曾经用过和现在使用的标记代号四、直流电机铭牌数据直流电机的额定数据主要有以下几种。1、额定容量（功率）PN（单位：KW）直流电动机PN=UNINりN（输出机械能）直流发电机PN=UNIN（输出电能）2、额定电压UN（单位：V）在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。3、额定电流IN（单位：A）在额定情况下，电刷流入或流出的电流。4、额定转速nN（单位：r/min）在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。5、额定励磁电流IfN（单位：A）6、铭牌上没有的额定值：额定转矩TN、额定效率りN其中TN=9.55PN/nNりN：在带额定负载运行是，输出机械功率与输入功率之比。五、直流电机的检修1、直流电机解体与回装1）直流电机解体前记录机铭牌，将其记录在报告页中。2）用500V摇表测量励磁绕组、电枢绕组对地绝缘电阻值并记录。3）按拆卸顺序完整、无错地登记电机驱动端/非驱动端零部件。4）拆开直流电机轴伸端和非轴伸端的密封检查盖板。5)用弹簧称测量各个碳刷的工作压力，工作压力应在15-25Kpa。松开弹簧，将所有碳刷从刷握中取出,拆开刷架与电枢电源的连接线并做好标记。6）用500V摇表测量绕组对地、电枢绕组对地以及电刷刷架对地的绝缘电阻值并记录。7）拆除直流电机后侧轴承油盖及端盖，拆端盖时要用顶丝顶出或用撬棍。8）刷架取出前做好标记，然后将刷架取出放好，注意在取出时防止刷架划伤换相器表面；拿出的刷架放置在安全处，防止损坏。9）用合适宽度的青壳纸包住整个换向器表面，并用白纱带绑好，防止后续工作将其表面划伤。五、直流电机的检修10）拆除直流电机前侧轴承油盖及端盖。11)将电机电枢小心地从定子膛中抽出，并摆放到专用托架上；注意在抽取电枢的过程中，不要刮碰到电枢绕组、换向器及磁极绕组。12）电机回装顺序与电机解体顺序相反。五、直流电机的检修2、直流电机维护及检查1）清理电机及各部件灰尘及油污，并更换电机轴承。2）检查电机定子磁极线圈应固定良好，线圈表面无过热、变色痕迹。以及电机极间连线应连接紧固、无过热痕迹；铁芯应紧固平整，无毛刺、扫膛、位移和锈斑等现象；如扫膛或过热部位，可用高速砂轮进行局部打磨，再用37%~39%的硝酸腐蚀，出现片间铁纹（对铁芯过热或扫膛的电机处理后应做铁损试验）；引出线检查。3）检查直流电机转子铁芯应紧固，无松动，无磨损，无锈蚀，各组磁铁连接紧密，平衡块紧固、无松动；电枢绕组端部固定箍应完整牢固、无松动迹象。4）检查换向器（整流子）表面氧化膜呈均匀的暗褐色，有光泽和透明感，并完整、无划痕。5）检查换向器片间绝缘均应处于良好状态，片间云母无凸出铜换向片的现象，磨损不应超过0.5mm，否则应车光，并对片间云母绝缘进行拉槽处理；片间云母要求低于换向片1.0-1.5mm。注：整流子表面氧化层不可打磨，如有严重烧伤查明原因后方可打磨。6）测量各整流子片间直流电阻值，并记录。注意片间电阻值的互差应小于2%（公式为大值减小值，再除以小值）。五、直流电机的检修7）用外径千分尺测量换向器的直径，并将记录结果。换向器不圆度公差表换向器线速度（mm/s）冷态偏摆（mm）热态偏摆（mm）大于400.030.0515-400.040.06小于150.050.10五、直流电机的检修8）检查直流电机碳刷高度，要求大于12毫米；否则，应更换同型号的新碳刷9）目视检查各个碳刷镜面，应光亮、光滑、无划痕、无镀铜现象，并且各个碳刷磨损程度较一致。检查刷握内壁应光洁、无斑点，必要时，用竹叶锉外裹金相砂纸进行打磨电刷与刷握的允许空隙参见下表轴向集电环旋转方向宽度5-16宽度16以上最小空隙0.20.1-0.30.15-0.4最大空隙0.50.3-0.60.4-1.0五、直流电机的检修3、直流电机修后试验1）用500V摇表测量绕组对地、电枢绕组对地以及电刷刷架对地的绝缘电阻值，要求绝缘电阻值大于1.5MΩ并记录结果。2）检查直流电机电刷是否置于几何中性线上。检查方法：保持电枢静止。按照下图进行接线，励磁绕组采取他励方式，将毫伏电压表接在相邻的两组电刷上。交替接通和断开励磁电流，注意毫伏表的读数，如果有读数表示电刷不在正常刷位上，调整刷架的位置，最终使毫伏表的读数为“0”（或接近零点处）为止。VU(3vDC)V五、直流电机的检修3）用单臂电桥测量定子绕组的直流电阻，并记录结果。4)用双臂电桥测量电枢绕组的直流电阻，并记录结果。绕组的阻值范围：•电枢绕组的阻值在零点几欧姆到1~2欧姆。•他励/并励电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。•串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。六、直流电动机的调速与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。直流电动机调速的主要优点是：（1）调速均匀平滑，可以无级调速。（2）调速范围大，调速比可达200（他励式）以上（调速比等于最大转速和最小转速之比）。七、直流电机常见故障电机换向器常见故障的修理一、换向器的结构换向器是直流电机及交流变速电动机的重要组成部分，换向器的结构如图所示。二、换向器的常见故障及修理1、换向器片间短路的修理当换向器片间的沟槽被电刷粉、金属屑或其他导电物质填满，或有腐蚀性物质与灰尘等侵入使云母片碳化时，会造成换向器片间短路。特别是片间电压高时，更容易导致换向器片间短路，从而引起火花或产生电弧，损坏换向片。修理时先清除杂物，用校验灯检查确定无短路后，再用云母与绝缘填补，待干燥后即可装配。2、换向器接地的修理V形云母环尖角端在压装时绝缘损坏或金属屑、灰尘等未清除干净，都会造成换向器接地故障。修理时先将击穿烧坏处的斑点、灰尘等清除干净，用云母绝缘材料及虫胶干漆填补，然后用0.25mm厚的可塑云母板覆贴1-2层，并加热压入。如果换向器接地时因换向片V形角配合不当使压装时绝缘损坏而造成的，则应改变换向片的V形角或者调换V形压环。3、换向器凸片的修理换向器过热、短路或装配不良等，都会引起换向器松弛而导致换向片过高。检查时用手抚摸换向器表面，即可发现换向片过高处形成凸片。修理时，可用锤轻敲凸片，将其调整到正确位置后再拧紧螺母，然后用车床将换向器表面车光。若换向器已装在电动机上，也可用磨石来磨光。转动电枢并将磨石压在换向器上，直至换向器表面光滑为止，然后用细砂纸进行精修。4、换向器表面有伤痕及磨损的修理直流电机运行时，电刷下火花的损伤将造成换向器表面灼痕严重或高低不平，都需要及时修理。若伤痕或不平度较轻微，修理方法如图所示。用00号砂布贴在木质支架上（木支架应与换向器外圆吻合），转动电机进行修磨，待换向器表面较为光洁为止。若伤痕或不平度严重，车光换向器外圆，下刻换向器片间云母片，云母片挖削的方法如图所示，其下刻深度见表。换向器云母片下刻深度（mm）换向器直径云母下刻深度换向器直径云母下刻深度50以下0.5150-3001.250-1500.8大于3001.55、换向器修复后的检查换向器修复后应做以下检查。用小锤轻敲换向片，依据发出的声音来判断安装是否牢固。若发出较清脆的声音，表明换向器装配牢固；如果发出空壳声，则表明换向器松弛，应重新装配。检查换向片的轴向平行度，使换向片沿轴线的偏斜度不超过片间云母片的厚度，否则会造成换向不良。做对地耐压试验，试验电压通常为两倍的额定电压加1000V持续时间1min。用220V检验灯逐片检查片间是否短路，若有短路应加以排除。电机集电环的故障处理一、集电环的故障及修理集电环多是铸件，由青铜或钢制成，但通过直流电的同步电机的集电环则多采用钢制。常用集电环有紧圈式、螺杆式、组装式及塑料式等，其主要差别是环的固定方法不同，但集电环都与套筒固定在一起，且环与环之间、各环与套筒之间绝缘。集电环的常见故障有出现斑点、黑带、刷痕等轻微损伤；烧蚀、凸凹不平、磨损等严重损伤以及表面剥离、出现裂纹等等。对于不同故障应采取不同的修理方法。1、表面轻微损伤当集电环表面有斑点、刷痕或轻度磨损时，可先用细锉、油石等进行研磨，然后用00号砂布在集电环高速旋转时将其抛光，使集电环表面的粗糙度达到Ra1.6-0.8μm。