1、維修電工（中級）講義電機及其檢修2012王老師電機及其檢修一、交流電動機的檢修培訓目標： 熟悉交流電動機的結構、工作原理和使用與拆裝方法；能夠正確檢修、分析、排除交流異步電動機的故障。1故障分析和檢查三相異步電動機的故障是多種多樣的，產生的原因也比較復雜。檢查電動機時，一般應按照先外后里、先機后電、先聽后檢的順序進行。先檢查電動機的外部是否有故障，后檢查電動機內部；先檢查機械方面，后檢查電氣方面；先聽使用者介紹使用情況，后動手檢查。這樣才能正確、迅速地找出故障原因。先對電動機的外觀、絕緣電阻、電動機外部接線圖等項目進行詳細檢查，如末發現異常情況時，可對電動機做進一步的通電試驗，將三相低壓(30

2、%UN)通入電動機的三相繞組并逐步升高，當發現聲音不正常、有異味或轉不動時，應立即斷電檢查。如果啟動時末發現問題，可測量三相電流是否平衡，電流大的一相可能繞組短路；電流小的一相可能是多路并聯繞組中的支路斷路。若三相電流平衡，可使電動機運行12h，隨時用手檢查鐵心部位及軸承端蓋，發現燙手應立即停止檢查。如果線圈過熱，則是繞組短路；鐵心過熱則是繞組匝數不夠，或鐵心硅鋼片間的絕緣有損壞。以上的檢查均應在電動機空載的情況下進行。通過上述檢查，確認電動機內部有故障，可拆開電動機做進一步的檢查。(1) 檢查繞組部分。查看繞組端部有無積塵和油垢，檢查繞組絕緣、接線及引出線有無損傷或燒傷。若有燒傷，燒傷處的顏

3、色會變成暗黑色或燒焦，還有焦臭味。燒壞一個線圈中的幾匝線圈，可能是匝間短路造成的；燒壞幾個線圈，多半是相間或連接線的絕緣損壞所致；燒壞一相，多為形接法中一相電源斷路所致；燒壞兩相，則是一相繞組斷路所致；若三相全部燒壞，大都由于長期過載或啟動時轉子堵轉造成的，也可能是繞組接線錯誤引起的。(2) 檢查鐵心部分。查看轉子、定子表面有無擦傷的痕跡。若轉子表面只有一處擦傷，而定子表面有一圈擦傷，大都是由于轉子彎曲或轉子不平衡造成的；若轉子表面有一圈擦傷，而定子表面只有一處擦傷，大都是由于轉子和定子不同心造成的，轉子和定子由于機座或端蓋止口變形或軸承嚴重磨損使轉子下落造成不同心；若定子和轉子表面均有局部擦

4、傷是由上面兩種原因共同造成的。(3) 檢查軸承部分。查看軸承的內、外套與軸頸和軸承室配合是否合適，同時也要檢查軸承的磨損情況。(4) 檢查其他部分。查看風扇扇葉是否損壞變形，轉子端環有無裂痕或斷裂，用短路測試器檢查導條有無斷裂。2定子繞組故障的檢修繞組是電動機的心臟部位，是最容易損壞、容易造成故障的部件。常見故障有繞組接地、繞組短路、繞組斷路、繞組接錯嵌反等。(1) 繞組接地故障的檢修。電動機定子繞組與鐵心或機殼間因絕緣損壞而相碰稱為接地故障。出現接地故障會使機殼帶電，引起觸電事故。造成的原因有受潮、雷擊、過熱、機械損傷、腐蝕、絕緣老化、鐵心松動或有毛刺以及繞組制造工藝不良等。常用的方法有兆歐

5、表法和校燈法。用兆歐表檢查各繞組對鐵心或機殼的絕緣電阻應在0.5M以上，絕緣電阻小于0.5M說明絕緣很差，絕緣電阻為零則說明繞組己經接地；指針搖擺不定說明絕緣已被擊穿。用校燈法檢查各繞組對鐵心或機座絕緣時，用一個36V燈泡和36V低壓電源連接，并逐一連接各繞組和機殼，如果燈泡發光，則該繞組接地，反之則說明該繞組絕緣良好。若絕緣很差，一般是繞組嚴重受潮或污染。可先清除污物，再進行烘干，待絕緣電阻達到0.5M以上后，重新澆絕緣漆，并進行烘干。繞組己經接地，且接地點在槽口或槽底線圈出口處或端部明顯處，可用絕緣物墊入接地處或用絕緣帶包扎，排除故障后重新涂上絕緣漆并烘干。若接地點發生在槽內，則需更換繞組

6、或用穿繞修補法修復。所謂穿繞修補法就是先將定子繞組在烘箱內加熱到80100，使線圈外部的絕緣軟化，再打出故障線圈的槽楔，用斷線鉗將該線圈兩端剪斷，將線圈的上、下層從槽內一根一根地抽出。原來的槽內絕緣是否需要更換，應根據具體情況決定。用比原線圈略長的同規格導線在槽內來回穿繞，匝數應和原線圈匝數相同。到最后穿繞困難時，可用竹簽做引導棒幫助穿繞。若實在無法穿繞，少幾匝也可以。穿繞修補后，在進行接線、浸漆和烘干，恢復絕緣。(2) 繞組短路故障的檢修。繞組短路是電源電壓過高、電動機驅動的負載過重、電動機使用過久或受潮污染造成定子繞組絕緣老化和損壞而引起的。包括匝間短路和相間短路。相間短路可用兆歐表或萬用

7、表檢測；匝間短路可用直觀法、空載電流法、直流電阻法和短路測試器法。1) 直觀法就是使電動機空載運行一定時間(1030min)，然后拆開電動機端蓋，抽出轉子，用手觸摸定子繞組有無發熱現象或觀察線圈絕緣有無變色、燒焦或用鼻子聞有無焦臭味，若有則說明有匝間短路故障。2) 空載電流法就是用鉗形電流表測量空載電流，空載電流明顯偏大的一相有匝間短路故障。3) 直流電阻法就是用電橋測量繞組的直流電阻，直流電阻明顯偏小的一相有匝間短路故障。4) 短路測試器法就是用短路測試器檢查，查找匝間短路。因為用空載電流法和直流電阻法來檢查匝間短路準確性不高，可能出現誤判斷，也不容易判斷哪個線圈有匝間短路，在電動機修理中經

8、常采用短路測試器。短路測試器也稱短路偵察器，是一個特殊的開口變壓器，其鐵心不是自成閉合回路，而是U形，如圖225所示。鐵心用硅鋼片疊成，勵磁繞組和變壓器一次側一樣用漆包線繞制再經絕緣處理后套在鐵心上，匝數1000 多匝，直徑一般為0.2mm左右，接36V低壓交流電源。鐵心開口處的形狀應能與被測繞組所在的鐵心有比較緊密地配合，空隙不宜過大。測試時，將短路測試器勵磁繞組接36V交流電源，沿鐵心槽口逐槽移動，當經過短路的線圈時，相當于變壓器二次側短路，電流表讀數明顯增大，從而判斷匝間短路的線圈。也可以用一個鋼片放在被測線圈的另一邊所在槽口處，若線圈匝間短路，短路電流周圍的磁場形成的磁感線經過鐵心和鋼

9、片形成回路，鋼片會發生振動并產生聲音。用短路測試器時應注意以下幾點：第一，要注意安全；第二，測量形聯結的電動機時定子繞組引線要斷開，繞組為多路并聯時要將并聯支路斷開；第三，繞組為雙層繞組時，由于一個槽中有不同線圈的兩個邊，應分別將鋼片放在左右兩邊相隔一個節距的槽口上進行測試，以便確定是哪個繞組匝間短路，如圖226所示。 圖2一25用短路測試器查找短路線圈 1一開口鐵心Z一勵磁線圈壬一鋼片4一定子鐵心5一一定子繞組端部 6一電流表圖2一26雙層繞組匝問短路測試方法 I一鋼片2一短路測試器繞組發生短路故障一般事先很難發現，往往是繞組燒損后才知道，因此，這類故障往往需要視故障情況全部或部分更換繞組，

10、可用穿繞修補法更換部分繞組或重新繞制定子繞組。(3) 繞組斷路故障的檢修。電動機定子繞組內部接線、引出線等斷開或接頭松脫造成的故障稱為繞組斷路故障。這類故障大都發生在繞組端部的槽口處，檢查時可先查看各繞組的連接線處和引出頭處有無燒損、焊點松脫和熔化現象。繞組斷路故障一般用萬用表、電橋或伏安法逐一測量各繞組的電阻值，電阻較大的一相存在斷路。如無法確定斷路點時，可從該相繞組中間一半的連接處剖開絕緣，分段測試，逐步縮小范圍，最后找到故障點。對于引出線或接線頭扭斷、脫焊等引起的故障，找到故障點后重新焊接和包扎；如果斷路發生在槽口處或槽口內，難以焊接時，可用穿繞修補法更換個別線圈；如果故障嚴重難以修補時

11、應重新繞線。(4) 繞組接錯、嵌反故障的檢修。繞組接線錯誤或某一線圈嵌反時會引起電動機振動，發出較大的噪聲，電動機轉速低甚至不轉。同時電動機三相電流嚴重不平衡，使電動機過熱，導致熔絲熔斷或繞組燒損。繞組接線錯誤或嵌反故障通常可分為兩種，一種是外部接線錯誤，另一種是某一極相組接錯或幾個線圈嵌反。檢查的方法一般是先拆開電動機，取出轉子。將低壓直流電(10V以內，不超過繞組額定電流)逐步加在三相定子繞組的每一相上(Y形接法，電源連接中性點和繞組出線端；形接法必須斷開聯結)，用指南針沿定子內圓移動，如果接線正確，則指南針經過每一極相組時，就南北交替變化，如圖227所示。如果指南針在某一極相組的指向與圖

12、示方向相反，則表示該極相組接反；如果指南針經過同一極相組的不同位置時，南北指向交替變化，說明該極相組中個別線圈嵌反。找出故障點后，將錯誤部位的接線加以糾正后重新做上述試驗，直到全部正確為止。3轉子繞組故障的檢查(1) 籠型轉子故障檢查。籠型轉子的常見故障是斷條。斷條后的電動機一般能空載運行，加上負載后，電動機轉速將降低甚至停轉。用鉗形表檢查三相電流時，指針往返擺動。轉子斷條故障一般用短路測試器檢查，如圖228所示。將短路測試器放在轉子鐵心槽口上，沿轉子周圍逐槽移動，正常情況下，顯示短路電流，若經過某一槽口時，電流明顯下降，則表示該處的導條斷裂。也可以在導條端環兩端加幾伏的交流電壓，用鋼片沿轉子

13、各導條測試，當某一處導條不吸引鋼片時，則說明該處導條斷裂。轉子導條斷裂一般難以修理，通常是更換轉子。圖2一27用指南針法檢查繞組接錯或嵌反圖2一28用短路測試器檢查斷條I一短路測試器2一導條3轉子(2) 繞線轉子故障檢查。繞線轉子的結構一般和定子結構類似，檢測、修理方法步驟也相似。4修復后的檢查與試驗為保證電動機的修理質量，對已修復的電動機，應進行一些必要的試驗。試驗大致包括以下幾個項目，繞組冷態直流電阻的測定；絕緣電阻測試試驗；耐壓試驗；空載試驗；溫升試驗等。(1) 試驗前的檢查。修復后的電動機在試驗開始前，首先應進行一般性檢查。一般性檢查包括：檢查電動機的裝配質量，各部分的緊固螺栓是否旋緊

14、，引出線的標記是否正確，轉子轉動是否靈活等。此外，還要檢查各繞組接線是否正確，電刷與集流裝置接觸是否良好，電刷的位置是否正確，在刷握中是否靈活等。確認電動機的一般性檢查良好，方可進行試驗(特別是通電試驗)。(2) 繞組冷態直流電阻的測定。繞組的冷態直流電阻，按電動機的功率大小，可分為高電阻與低電阻：電阻在10以上為高電阻，在10以下為低電阻。高電阻可用單臂電橋測量，測量低電阻必須用精度較高的雙臂電橋。測量電阻時，應測量繞組的溫度，然后再按下列換算為15時的標準電阻值： R1S1+從，一15)(n) 式中 R15 繞組在15時的電阻值，；Rt繞組在t(測量時的溫度)時的電阻值，； 導線的電阻溫度

15、系數，銅的=0.004，鋁的4=0.00385； t測量電阻時的溫度，。繞組的每相電阻與以前測得的數值或出廠時的數據相比較，其差別不應超過2%，平均值不應超過4。對三相繞組，其不平衡度以小于5為合格。如果電阻相差過大，則焊接質量有問題，尤其在多路并聯的情況下，可能會使一個支路脫焊。如果三相電阻數值都偏大，則表示線徑過細。(3) 絕緣電阻測試試驗。電動機的絕緣部分是比較容易損壞的，電動機絕緣不良，將會燒毀繞組或造成電動機外殼帶電。若接地不良，將會造成觸電事故。所以，經過修理的電動機(或是尚未使用過的新電動機)，在試驗之前都要經過嚴格的絕緣電阻測試試驗，以保證電動機的安全運行。絕緣電阻的測試包括各

16、個繞組與外殼之間的絕緣電阻，繞組與繞組之間的絕緣電阻。測量絕緣電阻一般使用兆歐表。繞組額定電壓在500V以下的，應選用500V的兆歐表；繞組額定電壓在5003000V之間的，應選用1000V的兆歐表；繞組額定電壓在3000V以上的，則應選用2500V的兆歐表。三相異步電動機的絕緣電阻值不得低于0.5M。如果低于0.5M，必須先經干燥處理之后，方可進行通電運轉和耐壓試驗。大型電動機測定絕緣電阻時，應判斷是否受潮，還要做出絕緣吸收試驗。即用兆歐表連續不斷測量1min(120轉/min)。記錄1min的絕緣電阻值R60，再用同樣方法測量15s的絕緣電阻值R15，R60/R15的比值叫做吸收比，吸收比

17、大于1.3可認為是絕緣干燥，否則認為己受潮。(4) 耐壓試驗。耐壓試驗包括繞組對地，繞組之間以及匝間的絕緣強度實驗。通常用50Hz的高壓交流電進行測試，看繞組能否經受一定的高壓且不被擊穿。耐壓試驗，可以發現絕緣在局部或整體中所存在的缺陷。因為這種缺陷的發展要比絕緣普遍劣化發展得快，在運行中易造成絕緣擊穿的故障，所以每臺修復后的電動機都應當做耐壓實驗。1) 繞組對地和繞組間的耐壓試驗。每一個獨立繞組，都應當輪流做對機殼的絕緣實驗。此時，試驗電源的一極接在被試繞組的引出線端，而另一極則接在電動機的接地機殼上。在測試一個繞組時，其他繞組在電氣上都應與接地機殼連接。實驗所需要的高電壓一般通過升壓變壓器

18、來獲得，也可利用同樣變壓比的電壓互感器。在升壓變壓器的低壓側接一個電壓表和一個電流表，并通過一個自藕變壓器將低壓電源接到升壓變壓器的低壓側。試驗時，合上開關接通電路，調節自耦變壓器使升壓變壓器二次得到所需要的高壓(試驗開始時的電壓應不超過試驗電壓的1/3)。增大電壓時，要逐漸地或階段地(不超過全值的5%)進行。試驗電壓由半值升高到全值的時間應不小于10s，全值實驗電壓保持1min后降為全值的1/3，然后電源切斷。在試驗期間應密切注意電壓、電流的變化，有無打火、放電的聲音。若電流上升加快，應立即把試驗電壓降到零，停止試驗。大型電動機在包絕緣、嵌線、接線過程中，為了及時發現缺點，防止返工，各工序都

19、要進行耐壓試驗。試驗電壓見表2-2 和表2-3。22定子試驗電壓(V)表2一3轉子試驗電壓1v)如果線圈是局部修理，試驗電壓可以低一些，一般總裝后低壓電動機的耐壓值為Ue+500V，高壓電動機為Ue，不得低于上表中實驗電壓的50%。對于電壓在380V以下的電動機，如果沒有試驗設備，可用電壓為1000V的兆歐表做耐壓試驗，搖動測量1min。進行耐壓試驗時，必須注意安全。高壓試驗設備的電源電壓要保持穩定。各試驗設備、儀表、操作設備都應該可靠接地。2) 匝間耐壓試驗。匝間耐壓試驗應在電動機空載試驗以后進行，試驗時把外加電壓(電動機)或發出電壓(發電機)增加到額定電壓的130%，持續運行5min。對于

20、曾經使用過的或繞組絕緣局部更換的電動機，可運行1min。繞線轉子異步電機動的匝間耐壓試驗，應在轉子固定和開路時進行。這時，加于定子繞組的試驗電壓要高于額定電壓的30%，轉子繞組中所感應的電壓也就高于額定電壓的30%。這樣就同時對定子、轉子繞組進行了匝間耐壓試驗。(5) 空載試驗。在嵌線、接線工藝不熟練，或繞組數據改變后，應做空載試驗。試驗過程中注意空載電流的變化。三相電流不平衡應不超過10%。通常空載電流應符合表24的要求。如果電流超過表中的范圍，應適當增加線圈匝數；反之則應適當減少線圈匝數。表2H電動機空載電流與額定電流百分比在空載試驗中，還應檢查電動機是否有噪聲、振動，檢查軸承、鐵心的發熱

21、程度等。二、直流電動機的檢修培訓目標： 熟悉直流電動機的結構、工作原理和使用與拆裝方法；能夠正確檢修、分析、排除直流電機的故障。（一）、直流電機的基礎知識1直流電機的分類、結構與原理在現代工業中，直流電機仍占有重要的地位。直流電機具有可逆性，它可以做發電機，將機械能轉換為直流電能；作為直流電源，也可以做直流電動機，將直流電能轉換為機械能。 (1) 直流電機的結構。直流電機可分為定子和轉子兩大部分。定子和轉子之間的空隙稱為氣隙。 1) 定子部分。直流電機定子部分的主要作用是產生主磁場和作為機械的支撐。主要包括機座、主磁極、換向磁極、端蓋和軸承以及電刷裝置。 機座。機座有兩個作用，一方面起導磁作用

22、，作為電機磁路的一部分；另一方面起支撐作用，用于安裝主磁極，并通過端蓋支撐轉子。機座一般用導磁性能較好的鑄鋼或鋼板焊接而成，也可以用無縫鋼管加工而成。 主磁極。主磁極是用來產生電機工作的主磁場，它由主磁極鐵心和勵磁繞組組成。主磁極鐵心為電機磁路的一部分，一般由鋼板沖制后疊裝而成，但是目前常采用晶閘管整流電源作為直流電機的直流電源，它不是純直流，含有交流諧波，為減少交流諧波在主磁極和機座中造成的渦流損耗，現在普遍采用厚度為0.5mm，表面有絕緣層的硅鋼片制作主磁極鐵心和定子鐵軛。主磁極繞組的作用是通入直流電產生勵磁磁場，小型電機用電磁線繞制，大中型電機則用扁銅線繞制。繞組經絕緣處理后，套在主磁極

23、鐵心上，整個主磁極再用螺栓緊固在機座上。 換向磁極。換向磁極是位于兩個主磁極之間的小磁極，又稱為附加磁極。其作用是產生換向磁場，改善電機的換向。它由換向磁極鐵心和換向磁極繞組組成，換向磁極鐵心一般用整塊鋼或鋼板制成。在大型電機和用晶閘管供電的功率較大的電機中，為了能更好地改善電動機的換向，換向磁極鐵心也應采用硅鋼片疊片結構。換向磁極繞組和主磁極繞組一樣制作，套裝在換向磁極鐵心上，最后固定在機座上。換向磁極繞組應當與電樞繞組串聯，而且極性不能接反，小型直流電機換向不困難，一般不用換向磁極。 電刷裝置。電刷裝置的作用是通過電刷與換向器的滑動接觸，把電樞繞組中的電動勢(或電流)引到外電路，或把外電路

24、的電壓、電流引入電樞繞組。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿座和壓力彈簧等組成。電刷要有較好的導電性和耐磨性，一般用石墨粉壓制而成，電刷放在刷握中的刷盒內，利用壓力彈簧把電刷壓在換向器上，刷握固定在刷桿上，借銅絲軟接線把電流從電刷引到刷桿上，再由導線接到接線盒中的端子上。通常，刷桿是由絕緣材料制成的，刷桿固定在刷桿座上，成為一個相互絕緣的整體部件。 2) 轉子(電樞)部分。轉子通稱電樞，是產生感應電動勢、電流、電磁轉矩，實現能量轉換的部件。它由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風扇和軸等組成。 電樞鐵心。電樞鐵心是直流電機主磁路的一部分，在鐵心槽中嵌放電樞繞組。電樞轉動時，鐵心中的磁通方向不斷變化，會

25、產生渦流和磁滯損耗。為了減少損耗，電樞鐵心一般采用厚度為0.5mm的表面有絕緣層的硅鋼片疊壓而成。電樞鐵心外圓均勻地分布著嵌放電樞繞組的槽，軸向有軸孔和通風孔。 電樞繞組。電樞繞組的作用是通過電流產生感生電動勢和電磁轉矩實現能量轉換。電樞繞組由圓形或矩形截面的絕緣導線繞制而成，再按一定的規律嵌放在電樞鐵心槽內，利用絕緣材料進行電樞繞組和鐵心之間的絕緣處理。并對繞組采取緊固措施，以防旋轉時由于離心力被拋出。 換向器。換向器的作用是將電樞中的交流電動勢和電流，轉換成電刷間的直流電動勢和電流，從而保證所有導體上產生的轉矩方向一致。換向器由許多特殊形狀的梯形銅片和起絕緣作用的云母片一片隔一片地疊成圓筒

26、形，凸起的一端稱為升高片，用來與電樞繞組端頭相連；下面有燕尾槽，利用換向器套筒、V形壓圈及螺旋壓圈將換向片及云母片緊固成一個整體；在換向片與套筒、壓圈之間用V形云母環絕緣，最后換向器壓在轉軸上，這種屬于裝配式。在中、小型直流電動機中常用的一種是整體式，它把銅片熱壓在塑料基體上，成為一個整體。 轉軸。轉軸是用來傳遞轉矩，為了使電機能可靠地運行，轉軸一般用合金鋼鍛壓加工而成。 風扇。風扇是用來降低運行中電機的溫升。 (2) 直流電機的工作原理 1) 直流電動機的基本工作原理。在外加電壓的作用下，在電樞繞組的導體中形成電流，通電導體受定子磁場的作用力使電樞旋轉。通過換向器，當導體進入異性磁極時，導體

27、中的電流也改變了方向，使直流電動機獲得單方向的電磁轉矩；通過換向片使處于磁極下不同位置的導體串聯起來，使其電磁轉矩相疊加而獲得幾乎恒定不變的電磁轉矩，使直流電動機能連續運行，把直流電能轉換為機械能輸出。 2) 直流發電機的基本工作原理。在外力作用下，電樞旋轉使導體切割磁感線產生交變感應電動勢。通過換向器使電樞繞組產生的交變電動勢變為電刷間的單向脈動電動勢；又由于采用處于磁極下不同位置的通電導體串聯而使感應電動勢相疊加而獲得幾乎恒定不變的直流電動勢，使直流發電機能輸出連續恒定的直流電壓，將機械能轉換為直流電能。 此外，直流電機的運行是可逆的。當它作為發電機時，通過外加轉矩驅動轉子旋轉，繞組中產生

28、感應電動勢，接通負載以后提供直流電流，將機械能轉換為電能；當它作為電動機時，通過外加電壓在繞組中產生電流，通電導體在磁場中受到磁力作用，產生電磁轉矩驅動電樞旋轉，將電能轉換為機械能。 (3) 直流電機的分類。按照直流電機主磁場的不同，一般直流電機可分為兩大類，一類是由永磁鐵作為主磁極，另一類是給主磁極繞組線圈中通入直流電流而產生的主磁場。后者按照主磁極繞組和電樞繞組接線方式的不同，又可分為他勵和自勵。自勵又可分為并勵、串勵和復勵。復勵又分為積復勵和差復勵。 1) 永磁電機。這類電機采用永磁體作為主磁極，在永久磁場中實現機電能量的轉換。由于永磁磁場比電磁場復雜，且形式多樣，永磁電機的磁路有著與其

29、他電機不同的特性。特別是釹鐵硼稀土金屬材料的出現，使永磁電機的性能得到了很大提高，小至毫瓦級，大到1000kW以上，覆蓋了微型、小型及中型電機的功率范圍，并且延伸到大功率領域，己經成為電機中新興的一族。 2) 他勵電機。他勵直流電機的勵磁電流可由其他的直流電源提供，與電樞繞組互不相連，勵磁電流的大小由勵磁電源電壓和串聯的可調電阻決定。 3) 自勵電機。自勵直流電機的勵磁電流由電機本身提供，不需要外部電源。按照勵磁繞組和電樞繞組的連接關系可分為以下三種。 并勵電機。勵磁繞組和電樞繞組并聯，通過與勵磁繞組串聯可調電阻來調節勵磁電流。特點是勵磁繞組匝數多，導線截面積小，勵磁電流是電樞電流的一小部分。

30、 串勵電機。勵磁繞組和電樞繞組串聯，通過與勵磁繞組串聯可調電阻來調節勵磁電流。特點是勵磁繞組匝數少，導線截面積大，勵磁電流和電樞電流相等，勵磁繞組上電壓降小。 復勵電機。復勵電機主磁極上有兩個勵磁繞組，其中，一個和電樞繞組并聯，另一個和電樞繞組串聯。當兩個繞組產生的磁通方向一致時，稱為積復勵直流電機。當兩個繞組產生的磁通方向相反時，稱為差復勵直流電機。2直流電機的換向 (1) 主磁極磁場。主磁極的幾何中性線是指通過電樞中心的異性主磁極之間的平分線；主磁極的物理中性線是指通過電樞中心，并與電樞鐵心的磁感線相垂直的直線。在電樞電流為零時，幾何中性線與物理中性線重合，幾何中性線處的磁通為零。 (2)

31、 電樞反應。當電機在負載下運行時，電樞繞組中有負載電流流過，電樞繞組中電流產生的磁場稱為電樞磁場，電樞磁場的方向和主磁極磁場的方向垂直。電機負載運行時，主磁極磁場和電樞磁場同時存在，它們之間相互影響，把電樞磁場對主磁極磁場的影響稱為電樞反應。直流電機氣隙中的磁場是主磁極磁場合電樞磁場疊加后的磁場。合成磁場發生畸變，主磁極磁場被削弱，物理中性線偏轉角，對電動機是逆電樞旋轉方向，對發電機則是順電樞旋轉方向。使得幾何中性線處的磁通不再為零，給換向帶來困難，增加換向火花。電樞反應對直流發電機和直流電動機均不利，必須采取一定措施來減小電樞反應的影響。 (3) 直流電機的換拘過程。直流電機旋轉時，電樞繞組

32、元件的有效邊越過磁極中性線，從一個磁極下進入到另一個極性相反的磁極下，電樞繞組元件從一條支路經過電刷，進入另一條支路，該元件中的電流方向發生改變，被稱為換向。元件中的電流從i變到-i的過程稱為換向過程，該過程經歷的時間稱為換向周期。由于直流電機的轉速一般都很高，所以換向周期非常短，只有千分之幾秒，在這個很短的時間里電流從i變到-i，換向元件本身具有電感性，能夠產生自感電動勢阻止電流換向，造成電刷和換向器表面產生火花。 (4) 換向火花及其產生原因。由于電樞反應和換向時的自感電動勢及其他一些原因，直流電機在運行時，在電刷與換向器的表面產生火花，火花通常出現在后刷邊(換向器離開電刷一側)。如果火花

33、在電刷上的范圍小，呈微弱的淺藍色，對電機運行沒有什么危害。如果火花在電刷上范圍較大，比較明亮，呈白色或紅色，則對電機的運行會帶來危害，會使電刷和換向器的表面灼傷，最后導致電機不能正常工作。為了衡量火花的大小程度，我國電機基本技術標準中規定了火花的等級，見表25。對于一般的直流電機，在額定負載運行時，火花等級不應大于1舌級；2級火花僅允許電機在過載、啟動或反轉時瞬時出現，不允許長時間存在；3級火花一般不允許出現。表2一5 直流電機的火花等級 產生火花主要是電磁方面的原因。由于換向元件中的電流迅速從i變到-i，將產生一個自感電動勢來阻礙電流的變換；如果有幾個元件同時換向還會產生互感電動勢，來阻礙電

34、流的變化。其次，由于電樞反應，物理中性線偏轉角，使處在幾何中性線上的換向元件處的磁場不為零，仍要切割磁感線來產生感應電動勢，稱為換向電動勢，也會阻礙電流的變化。這些方向相同的電動勢在被電刷短路的換向元件中產生附加電流，且存儲著一定大小的磁場能量。當被短路的換向片離開電刷時，短路回路斷開，在換向元件中存儲的能量釋放出來，于是在電刷和換向器之間產生了火花。 除此以外，還有機械和化學的原因。換向器偏心，換向器表面不平滑，電刷與換向器接觸不良，換向器表面的氧化亞銅薄膜受到破壞等，都會引起火花。另外，工作條件不好，電機振動過大，塵埃、化學氣體較多的地方，電機過負載或負載急劇變化等，也會引起火花。 (5)

35、 改善換向的方法。要改善換向，首先要設法消除換向原件中的感生電動勢。在一般直流電機中，常用的方法是加裝換向磁極，換向元件切割換向磁場產生換向磁極，電動勢抵消阻礙電流變化的感生電動勢的影響，從而達到消除火花的目的。換向磁極一般比主磁極小，裝在主磁極幾何中性線上，方向應和電樞反應磁場方向相反，對于直流電動機，換向磁極極性應順著電樞旋轉方向與下一個主磁極的極性相反，對于發電機則是順著電樞旋轉方向與下一個主磁極的極性相同。由于電樞磁場和換向元件的感應電動勢都與電樞電流成正比，所以換向極繞組必須和電樞串聯，使換向磁場正比與電樞電流。換向極的磁通應不飽和。 另一種方法是合理選擇電刷，增大換向元件回路中的電

36、阻值，可以減少附加電流。電刷與換器表面的連接電阻盡量大一些，同時電刷的耐磨性要好。直流電機中一般采用電化石墨電刷；低壓大電流直流電動機一般采用金屬石墨電刷。對于換向特別困難的直流電機采用分裂式電刷，即一個電刷由幾塊組成，以增加換向回路的電阻。 3直流電機的特性 (1) 直流發電機1) 直流發電機電動勢、功率、轉矩平衡方程式 電動勢平衡方程式。對于并勵和他勵直流發電機，有瓦=U十f。R、，或U=瓦一 功率平衡方程式。輸入機械功率P1，輸出電功率P2，產生的電磁功率P，包括空載損耗P0和銅損耗PCu，空載損耗又包括機械損耗P和鐵損耗PFe。則有Pi = P2+AP=AP。十卜 P = N記十月;么

37、P = APo 十APCu; AP。= M砧十扯PR;尸二心=E。L;效率叮二旦X100拓 轉矩平衡方程式。輸入機械轉矩為T1，空載轉矩T0，電磁轉矩T。則有T1=九L"直流發電機的電磁轉矩為制動轉矩。 2) 并勵直流發電機的空載特性。空載特性是指發電機在額定轉速時，輸出電流為零的情況下，端電壓U和勵磁電流If的關系，如圖229b所示。空載特性曲線與鐵磁材料的磁化曲線相似。當If=0時，只有很小的剩磁電壓E。其額定工作點a點應在接進飽和的地方。圖2一29并勵直流發電機 a)接線圖 b)空載特性 并勵直流發電機電動勢的建立過程如圖230a所示，其中直線Oa稱為場阻線，是由勵磁電阻決定的

38、。當電樞旋轉時，產生一個剩磁電動勢E，得到一個很小的電流If，使主磁場增強一點，端電壓升高一點，If再增強一點，圭磁場再增強一點，端電壓再提高一點如此循環，直至交點a達到穩定狀態。 圖2-30 并勵直流發電機電動勢的建立 a)自勵建壓過程 b)勵磁電阻影響 Rf的大小決定場阻線的斜率，從而決定a點的位置，如圖230b所示。當Rf值等于臨界值時，如直線4，造成空載特性曲線與場阻線交點不確定，使輸出電壓不穩定。因此，Rf必須小于臨界電阻。由此可見，并勵直流發電機自勵建壓的條件：主磁極必須有剩磁；勵磁電流產生的磁通必須和剩磁磁通方向一致；勵磁回路總電阻必須小于臨界電阻。3) 并勵直流發電機的外特性。

39、當發電機保持額定轉速時，端電壓與負載電流之間的關系稱為外特性。并勵直流發電機的外特性如圖231所示。發電機從空載到滿載的電壓降落U與額定電壓UN之比的百分數叫電壓變化率：AtU姊= 蓋于x 100% = 吭云UNx。一般并勵直流發電機的AL片勻15%20姊。電壓下降的原因一是由于IaRa的增大；二是由于電樞反應使主磁場被削弱。由I=旦可知，當負載RL從無窮大逐步減小時，一方面RL的減小使I增大，另一方面U的減小使I減小。磁路接近飽和，主磁場變化不明顯，U的減小不明顯，故電流I是增大的。當到達臨界點a時，電流不再增大，這就是拐點。當RL繼續減小時，U的下降很快，電流I將減小。當RL=0時，U=0

40、，電樞中只有很小的剩磁電動勢E0，故電路電流并不大。但是并勵直流發電機運行時不允許突然短路。因為突然短路時，勵磁繞組由于自感電動勢的作用使勵磁電流不能突然減小為零，從而形成很大的短路電流，導致發電機燒毀。圖2一31 并勵直流發電機的瓦器特性曲線 4) 復勵發電機的外特性。復勵發電機的接線圖和外特性如圖232所示。當串勵繞組磁通和并勵繞組磁通方向一致時稱為積復勵，否則為差復勵。如果串勵繞組的補充作用正好能抵消由于電流增大而引起的電壓降落，使UN=U0，稱為平復勵發電機，外特性曲線如圖中曲線1。如果補償過剩稱為過復勵發電機，特性曲線如圖中曲線2，如果補償不足稱為欠復勵發電機，特性曲線如圖中曲線3。

41、差復勵發電機的特性曲線如圖中曲線4，它只在探照燈、直流電焊機等特殊條件下使用。圖2一3z復勵發電機a)接線圖b)外特性 (2) 直流電動機 1) 直流電動機電動勢、功率、轉矩平衡方程式 電動勢平衡方程式。并勵或他勵U=Ea+IaRa。 功率平衡方程式。輸入電功率為P1，輸出機械功率P2，產生電磁功率P，損耗功率P，包括空載損耗P0和銅損耗PCu，空載損耗又包括機械損耗P，和鐵損耗PFe。則Pi=P2+ P=N記十P ; P 二酚。十P2; AP = AP。十APFe 十吐&AP。= 礎P+APFe? P=T=EJa;效率v=旦X100姊。 轉矩平衡方程式。電動機空載轉矩T0，輸出轉矩T

42、2，則電磁轉矩T=CMIa=T0+T2，輸出轉矩T2=9.55旦 (Nm), TN=9.55叢 (Nm)，%)%N，n、nN的單位為r/min，P2、PN的單位為W。直流電動機的電磁轉矩為驅動轉矩。· 2) 直流電動機的機械特性。電動機的機械特性是n與T2之間的關系。由于T0很小，TT2，故用T來代替T2進行討論。 并勵直流電動機的機械特性。并勵直流電動機的機械特性由公式Ea=Cen、=U一I，R，和T二CM$L可得n=云云一百式歹T=n。一0T。式中：n0為理想空載轉速；為機械特性曲線的斜率。并勵直流電動機的機械特性曲線如圖233a所示。這種電動機從空載到滿載轉速降落很少，機械特性

43、稱為"硬特性"。電動機的轉速調整率如挑二生二墜XI0O片，一般并勵直流電動機n%應為3%8%，適用于要求轉速比較穩定的場合，如金屬切削機床、造紙機等。并勵直流電動機運行時最忌斷開勵磁回路，容易造成飛車事故。他勵電動機的機械特性與并勵直流電動機相似。 串勵直流電動機的機械特性。串勵直流電動機輕載時，Ia不大，磁路不飽和。當Ia增大，也增大，轉速迅速下降。重載時，Ia較大，磁路己飽和，基本不隨Ia變化，n的下降也不明顯，與并勵直流電動機相似。串勵直流電動機的機械特性曲線如圖233b所示。這種轉速隨轉矩的增加而急劇下降的機械特性稱為"軟特性"。串勵直流電動機的

44、轉矩與電樞電流的平方成正比，因此，啟動轉矩大，過載能力強。串勵直流電動機的理論空載轉速無限大，當電動機空載或輕載時，轉速會非常高(飛車)，超過電樞的機械強度，損壞電樞。串勵直流電動機適用于負載轉矩變化大，要求啟動轉矩大且不可能空載運行的場合，如挖掘機、鏟車、起重機等。串勵直流電動機不允許空載、輕載運行，不允許用帶輪或鏈條傳動。圖2-33 直流電動機機械特性曲線 a)并勵直流電動機 b)串勵直流電動機（二）、直流電動機的控制 1直流電動機的啟動 直流電動機啟動瞬間，由于n=0，Ea=0，啟動電流乙二U/R，很大，達到額定電流IN的1020倍。啟動電流過大將引起強烈的換向火花、燒損換向器；產生過大

45、的沖擊轉矩、損壞傳動機構；引起電網電壓波動，影響供電的穩定。因此，必須設法限制啟動電流。常用的啟動方法有降壓啟動和電樞回路串電阻啟動兩種。 (1) 減壓啟動。在直流電動機啟動瞬間，給電動機加上較低的電壓，以后隨著電動機轉速的升高，逐步增加直流電壓值，直到電動機啟動完畢，加在電動機上的電壓即為額定電壓。用減壓啟動時應注意，啟動時必須加上額定的勵磁電壓，使磁通一開始就是額定值，否則電動機的啟動電流雖然比較大，但啟動轉矩較小，電動機仍無法啟動。目前一般采用晶閘管可控整流電路作為直流電動機的可調電壓電源。減壓啟動所需設備復雜，價格較貴，但在啟動過程中無能量損耗，適用于需要經常啟動的場合，如起重和運輸機

46、械。 (2) 電樞回路串電阻啟動。在直流電動機啟動時，可以在電樞回路中串接電阻，使啟動電流不超過允許值，隨著轉速的升高，電動勢升高，電樞電流減小，再逐步減少啟動電阻值，直到電動機穩定運行后。再將啟動電阻全部切除。通常把啟動電流限制在(1.52.5)IN的范圍內來選擇啟動電阻的大小。一般150kW以下的直流電動機啟動電流取上限，150k1以上的直流電動機啟動電流取下限。電樞回路串電阻啟動方法所需設備簡單，價格較低，但在啟動過程中，啟動電阻有能量損耗，適用于小型直流電動機或容量稍大，但不需要經常啟動的場合。 2直流電動機的反轉 要改變直流電動機的旋轉方向，就必須改變電動機的電磁轉矩方向，電磁轉矩的

47、方向取決于主磁極磁通和電樞電流的相互作用，所以改變直流電動機旋轉方向的方法有兩種：一種是改變勵磁電流的方向；另一種是改變電樞電流的方向。如果同時改變勵磁電流和電樞電流的方向，直流電動機的旋轉方向不會發生改變。對于并勵直流發電機，由于勵磁繞組匝數多、電感大，進行反接時因為電流突變，將會產生很大的自感電動勢，危及電動機和電器的絕緣安全，因此，一般采用電樞反接法。將電樞繞組反接的同時必須連同換向極繞組一起反接，以達到改善換向的目的。串勵直流電動機的反轉，僅改變端電壓是不行的，還必須改變勵磁電流的方向或電樞電流的方向，才能改變電磁轉矩的方向，從而實現電動機的反轉。 3直流電動機的制動 和交流電動機一樣

48、，直流電動機在工作中也需要制動。直流電動機的制動和交流電動機一樣，也分為機械制動和電氣制動。其中機械制動與三相交流電動機類似。電氣制動可分為再生制動、能耗制動和反接制動。 (1) 再生制動(回饋制動、發電制動)。再生制動是電動機在外力作用下，其轉速超過了理想空載轉速n0。由Ea=Cen可知，如果電動機的主磁通不變，則EaU，此時電動機處在發電機狀態下運行，即Ia與Ea的方向相同，這時電動機把機械能轉換成電能，反送到電網中去，并產生制動轉矩，從而限制電動機的轉速。再生制動的優點是產生的電能可回饋到電網中去，使電能被利用，優點是簡單經濟可靠。缺點是再生制動只能發生在nn0的場合。再生制動只適用于并

49、勵或他勵直流電動機。 (2) 能耗制動。能耗制動是把電動機的電樞繞組從電源上切除后，串接一個制動電阻，同時讓主磁極繞組繼續接在電源上，并產生恒定的主磁通。電動機依靠慣性繼續旋轉，電樞繞組切割主磁通產生電動勢，在制動電阻上產生電流，將轉子的機械能轉換為電能，電能最終轉化成熱能消耗在制動電阻上。此時電動機電樞電流的方向與電動機運行狀態相反，產生的電磁力矩是制動力矩，從而使電動機迅速停止運轉。能耗制動的優點是所需設備簡單，成本低，制動減速平穩可靠。缺點是能量無法利用，白白消耗在制動電阻上；能耗制動的制動轉矩隨轉速變慢而相應減少，但制動時間較長。 (3) 反接制動。改變電樞繞組上的電壓方向，使電樞電流

50、方向改變或者改變勵磁電壓的方向，使勵磁電流方向改變，從而使電動機得到反力矩，產生制動作用。當電動機速度接近零時，迅速脫離電源，實現直流電動機的反接制動。電動機在電壓反接瞬間，電樞的轉動速度末變，反電動勢Ea的數值未變，而外加電壓UN的方向與Ea相同，故在該瞬間加在電樞繞組上的電壓為UNEa2UN，將產生很大的沖擊電流，使電刷與換向器表面產生強烈的火花而損壞；并且機械沖擊力太大，容易損壞轉軸。所以反接制動時，一定要在電樞回路中串接電阻以限制電樞電流Ia的大小。必須指出，在反接制動時，勵磁應當保持不變，當電動機轉速下降到100r/min時應立即切斷電源，以防電動機反轉。反接制動的優點是制動轉矩比較

51、恒定，制動較強烈，操作比較簡單。缺點是需要從電源吸取大量的電能，而且對機械負載有較強的沖擊作用。 4直流電動機的調速 從并勵直流電動機的機械特性公式n=去二一上T可以看出，并勵或他勵電動機調速的方法有三種：改變電樞電壓U、改變主磁通、改變電樞回路串聯電阻Ra。 (1) 改變電樞電壓調速。在其他參數不變的條件下，改變電樞電壓U，使空載轉速n0改變，可以得到不同空載轉速n0的平行直線，如圖234a所示。在相同負載的條件下，不同的電樞電壓所對應的轉速也是不同的。改變電樞電壓調速的特點： 1) 改變電樞電壓調速時，機械特性曲線的斜率不變，所以調速的穩定性好。 2) 電壓可以連續變化，調速的平滑性好，調

52、速范圍寬。 3) 屬于恒轉矩調速，不允許電壓超過額定值，只能從額定電壓值往下降低電壓調速，即只能減速。 4) 電源設備的投資費用較大，但電能損耗小，效率高。還可用于減壓啟動。 (2) 改變電樞回路電阻調速。在其他參數不變的條件下，改變電樞回路串聯電阻RPa，使特性曲線的斜率改變，而空載轉速n0保持不變，如圖234b所示。在負載相同的條件下，串入不同的電樞電阻，所對應的轉速是不同的。改變電樞回路電阻調速的特點： 1) 設備簡單，投資少，只需增加電阻和切換開關，操作方便。小功率電動機中用得比較多，如電氣機車等。 2) 屬于恒轉矩調速，轉速只能由額定值往下調。 3) 只能分級調速，調速平滑性差。 4

53、) 低速時，機械特性很軟，轉速受負載影響變化大，電能損耗大，經濟性差。 并勵直流電動機電樞回路串電阻調速卻啟動的控制線路是一樣的，但是啟動變阻器只能用于短時間的工作，因此，不能用作調速變阻器，而調速變阻器可以用作啟動變阻器。 (3) 改變勵磁回路電阻調速。在其他參數不變的條件下，減少主磁通，會使空載轉速n0增大；同時特性曲線的斜率也增大，對于不同的主磁通，可以得到不同空載轉速和斜率的特性曲線，如圖234c所示。在負載相同的情況下，改變勵磁回路串聯電阻，不同的主磁通，對應不同的轉速。改變勵磁回路電阻調速的特點： 圖2一34并勵或他勵直流電動機調速的人工機械特性a)改變電樞電壓調速b)改變電樞回路

54、電阻詞速。)改變勵稚回路電阻調速 1) 由于調速是在勵磁回路中進行，功率較小，故能量損失小，控制方便。 2) 速度變化比較平滑，但速度只能往上調，不能在額定轉速以下進行調節。因此，一般與改變電樞電壓、改變電樞回路電阻等方法結合使用，可作為輔助調速。 3) 調速的范圍較窄，在磁通減少較多時，由于電樞磁場對主磁場的影響加大，使電動機火花增多，換向困難。轉速提高時必須考慮對機械強度的影響，最高轉速一般控制在1.2倍額定轉速的范圍內。 4) 在減少勵磁的同時，如果負載轉矩不變，電樞電流必然增加，因為T=CMIa，要防止電流太大帶來的問題，如打火、發熱等。（三）、直流電動機拆裝與檢修 1直流電動機檢修基

55、礎如識 直流電動機運行一段時間后，應定期進行檢查。主要是測量一些技術狀態數據，排除在運行維護中發現的小故障，檢查和記錄一些可以延期解決的故障，清理和擦凈灰塵、油污，更換易損件。 (1) 對電動機外部和內部進行一次徹底清掃，并對電動機外殼、端蓋和其他結構部件等進行一次外觀檢查，看有無損傷和銹蝕現象。 (2) 檢查繞組表面有無變色、損傷、裂紋和剝離現象，定子繞組固定是否可靠，補償繞組連接線是否距離過近，焊接處有無脫焊現象等，發現問題及時處理。 (3) 檢查繞組絕緣電阻，記錄數據，并與上次檢修的數據進行比較，若絕緣電阻降低，應分析原因，對繞組表面和鐵心上的積塵要清除干凈。 (4) 檢查換向器和電刷工

56、作狀態，換向器有無變形，表面有無溝道，有無燒傷現象，如有應及時進行處理。檢查電刷是否磨損到壽命極限，電刷與換向器的接觸是否良好，電刷壓力是否合適，電刷在刷握內活動是否靈活，發現問題應及時處理。對出現換向不良的應檢查片間絕緣、刷距和氣隙。 (5) 檢查轉動部分和靜止部分的緊固螺釘有無松動。 (6) 檢查軸承運行溫度有無超過允許溫升，對注入式換油的滾動軸承，應注入適量潤滑油，對軸承間隙較大或潤滑油使用時間較長的軸承，應更換新的潤滑油或軸承。 2電機拆裝 在拆卸直流電動機準備修理前，要先用儀表進行整機檢查，查明繞組絕緣電阻、對地絕緣和繞組間有無短路、斷路或其他故障，針對問題進行處理。要熟悉電機有關的情況，做好有關記錄，充分做好施工的準備工作。拆卸步驟如下： (1) 拆除電機的所有接線，同時做好復位標記和記錄。 (2) 拆除換向器端的端蓋螺栓，并取下軸承外蓋。 (3) 打開端蓋的通風窗，從刷握中取出電刷，然后再拆下接在刷桿上的銅絲軟接線，并做好電刷和銅絲軟接線的復位標記。 (4) 拆卸換向器端的端蓋。拆卸時先在端蓋與機座的接合處打上復位標記，然后在端蓋邊緣處墊以木楔，用鐵錘沿端蓋的邊緣均勻地敲打，使端蓋止口慢慢地脫