直流電機(jī)基本原理及檢修第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一課件主要內(nèi)容一、直流電機(jī)的感性認(rèn)識及概述二、直流電機(jī)的工作原理三、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類四、直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)五、直流電機(jī)的檢修及工藝標(biāo)準(zhǔn)六、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速七、直流電機(jī)的常見故障返回第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一直流電動(dòng)機(jī)感性認(rèn)識（圖片）第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一一、概述與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車。（3）易于控制。應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。（3）家庭：電動(dòng)縫紉機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)玩具第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一二、直流電機(jī)的工作原理（一）直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理1）直流電動(dòng)機(jī)模型直流電源電刷換向器電樞繞組電樞繞組NSIIabcdU+–電刷換向片轉(zhuǎn)動(dòng)方向磁極第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一二、直流電機(jī)的工作原理a.電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用（左手定則）b.換向器的作用：保證流入的磁極下的電流方向不變（直流電）c.基本工作原理

通過電刷將直流電源加到電動(dòng)機(jī)換向器上，換向器與電樞線圈相連，電樞中有電流流過，電樞電流受磁場作用力而使得電樞轉(zhuǎn)動(dòng)。由于電刷和換相器的作用，每一極性下的導(dǎo)體中的電流方向始終不變，產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。

2）直流電機(jī)的基本工作原理第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

同一臺電機(jī)，既可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行又可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。當(dāng)原動(dòng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速拖動(dòng)轉(zhuǎn)子（電樞）旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，形成感應(yīng)電流，通過電刷流過負(fù)載，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。U+–NSEEIa這是輸入機(jī)械轉(zhuǎn)距這是輸出電流這是負(fù)載發(fā)電機(jī)：電樞電流與電樞電壓方向相反，輸入轉(zhuǎn)距，輸出電能電動(dòng)機(jī)：電樞電流與電樞電壓方向相同，消耗電能，輸出轉(zhuǎn)距；二、直流電機(jī)的工作原理第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一NS3）直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖NS－E＋－E＋輸出直流電換向原動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢、電流Φ電磁轉(zhuǎn)矩（阻轉(zhuǎn)矩）做功電磁關(guān)系第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一三、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類（一）定子組成：機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承、和電刷等。作用：產(chǎn)生磁場、支撐作用。1）主磁極組成：由主極鐵心、勵(lì)磁繞組組成、作用：產(chǎn)生工作磁場。機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組直流電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)2）換向極（圖中未畫出）組成：由鐵心、繞組組成。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。作用：改善電機(jī)的換向性能，防止產(chǎn)生電弧火花。3）電刷裝置接通外電路與電樞繞組。和換向器一起將繞組內(nèi)交流電—轉(zhuǎn)換為外部直流電。4）機(jī)座固定與支撐作用，另外也是磁路的一部分。1、結(jié)構(gòu)第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一三、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)子換向器（二）轉(zhuǎn)子（電樞）包括電樞鐵心、繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸等1）電樞鐵心：由0.35—0.5mm厚的硅鋼片疊制而成。2）電樞繞組：由絕緣導(dǎo)線繞制的電樞線圈組成3）換向器：由絕緣材料相隔的銅片做成，并固定在軸上。轉(zhuǎn)子換向器第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一三、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類2、分類根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一G(2)直流發(fā)電機(jī)按勵(lì)磁方式分類自勵(lì)GIa+Ua－他勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)并勵(lì)I(lǐng)a+U－IfIGGIfIa+U－I+U－IfIIaIf+Uf－三、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一三、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類繞組名稱1965年1965-1980年1980年后始端末端始端末端始端末端電樞繞組S1S2S1S2A1A2換向繞組H1H2H1H2B1B2串聯(lián)繞組C1C2C1C2D1D2并勵(lì)繞組F1F2B1B2E1E2他勵(lì)繞組W1W2T1T2F1F2補(bǔ)償繞組B1B2BC1BC2C1C23)(3)直流電機(jī)繞組線端曾經(jīng)用過和現(xiàn)在使用的標(biāo)記代號第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一四、直流電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)直流電機(jī)的額定數(shù)據(jù)主要有以下幾種。1、額定容量（功率）PN（單位：KW）直流電動(dòng)機(jī)PN=UNINりN（輸出機(jī)械能）直流發(fā)電機(jī)PN=UNIN（輸出電能）2、額定電壓UN（單位：V）在額定情況下，電刷兩端輸出（發(fā)電機(jī)）或輸入（電動(dòng)機(jī)）的電壓。3、額定電流IN（單位：A）在額定情況下，電刷流入或流出的電流。4、額定轉(zhuǎn)速nN（單位：r/min）在額定功率、額定電壓、額定電流時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。5、額定勵(lì)磁電流IfN（單位：A）6、銘牌上沒有的額定值：額定轉(zhuǎn)矩TN

、額定效率りN

其中TN=9.55PN/nN

りN

：在帶額定負(fù)載運(yùn)行是，輸出機(jī)械功率與輸入功率之比。第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、直流電機(jī)的檢修1、直流電機(jī)解體與回裝1）直流電機(jī)解體前記錄機(jī)銘牌，將其記錄在報(bào)告頁中。2）用500V搖表測量勵(lì)磁繞組、電樞繞組對地絕緣電阻值并記錄。3）按拆卸順序完整、無錯(cuò)地登記電機(jī)驅(qū)動(dòng)端/非驅(qū)動(dòng)端零部件。4）拆開直流電機(jī)軸伸端和非軸伸端的密封檢查蓋板。5)用彈簧稱測量各個(gè)碳刷的工作壓力，工作壓力應(yīng)在15-25Kpa。松開彈簧，將所有碳刷從刷握中取出,拆開刷架與電樞電源的連接線并做好標(biāo)記。6）用500V搖表測量繞組對地、電樞繞組對地以及電刷刷架對地的絕緣電阻值并記錄。7）拆除直流電機(jī)后側(cè)軸承油蓋及端蓋，拆端蓋時(shí)要用頂絲頂出或用撬棍。8）刷架取出前做好標(biāo)記，然后將刷架取出放好，注意在取出時(shí)防止刷架劃傷換相器表面；拿出的刷架放置在安全處，防止損壞。9）用合適寬度的青殼紙包住整個(gè)換向器表面，并用白紗帶綁好，防止后續(xù)工作將其表面劃傷。第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、直流電機(jī)的檢修

10）拆除直流電機(jī)前側(cè)軸承油蓋及端蓋。

11)將電機(jī)電樞小心地從定子膛中抽出，并擺放到專用托架上；注意在抽取電樞的過程中，不要刮碰到電樞繞組、換向器及磁極繞組。

12）電機(jī)回裝順序與電機(jī)解體順序相反。

第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、直流電機(jī)的檢修2、直流電機(jī)維護(hù)及檢查1）清理電機(jī)及各部件灰塵及油污，并更換電機(jī)軸承。2）檢查電機(jī)定子磁極線圈應(yīng)固定良好，線圈表面無過熱、變色痕跡。以及電機(jī)極間連線應(yīng)連接緊固、無過熱痕跡；鐵芯應(yīng)緊固平整，無毛刺、掃膛、位移和銹斑等現(xiàn)象；如掃膛或過熱部位，可用高速砂輪進(jìn)行局部打磨，再用37%~39%的硝酸腐蝕，出現(xiàn)片間鐵紋（對鐵芯過熱或掃膛的電機(jī)處理后應(yīng)做鐵損試驗(yàn)）；引出線檢查。3）檢查直流電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯應(yīng)緊固，無松動(dòng)，無磨損，無銹蝕，各組磁鐵連接緊密，平衡塊緊固、無松動(dòng)；電樞繞組端部固定箍應(yīng)完整牢固、無松動(dòng)跡象。4）檢查換向器（整流子）表面氧化膜呈均勻的暗褐色，有光澤和透明感，并完整、無劃痕。5）檢查換向器片間絕緣均應(yīng)處于良好狀態(tài)，片間云母無凸出銅換向片的現(xiàn)象，磨損不應(yīng)超過0.5mm，否則應(yīng)車光，并對片間云母絕緣進(jìn)行拉槽處理；片間云母要求低于換向片1.0-1.5mm。注：整流子表面氧化層不可打磨，如有嚴(yán)重?zé)齻槊髟蚝蠓娇纱蚰ァ?）測量各整流子片間直流電阻值，并記錄。注意片間電阻值的互差應(yīng)小于2%（公式為大值減小值，再除以小值）。第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、直流電機(jī)的檢修7）用外徑千分尺測量換向器的直徑，并將記錄結(jié)果。換向器不圓度公差表換向器線速度（mm/s）冷態(tài)偏擺（mm）熱態(tài)偏擺（mm）大于400.030.0515-400.040.06小于150.050.10第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、直流電機(jī)的檢修8）檢查直流電機(jī)碳刷高度，要求大于12毫米；否則，應(yīng)更換同型號的新碳刷9）目視檢查各個(gè)碳刷鏡面，應(yīng)光亮、光滑、無劃痕、無鍍銅現(xiàn)象，并且各個(gè)碳刷磨損程度較一致。檢查刷握內(nèi)壁應(yīng)光潔、無斑點(diǎn)，必要時(shí)，用竹葉銼外裹金相砂紙進(jìn)行打磨電刷與刷握的允許空隙參見下表軸向集電環(huán)旋轉(zhuǎn)方向?qū)挾?-16寬度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第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、直流電機(jī)的檢修3、直流電機(jī)修后試驗(yàn)1）用500V搖表測量繞組對地、電樞繞組對地以及電刷刷架對地的絕緣電阻值，要求絕緣電阻值大于1.5MΩ并記錄結(jié)果。2）檢查直流電機(jī)電刷是否置于幾何中性線上。檢查方法：保持電樞靜止。按照下圖進(jìn)行接線，勵(lì)磁繞組采取他勵(lì)方式，將毫伏電壓表接在相鄰的兩組電刷上。交替接通和斷開勵(lì)磁電流，注意毫伏表的讀數(shù)，如果有讀數(shù)表示電刷不在正常刷位上，調(diào)整刷架的位置，最終使毫伏表的讀數(shù)為“0”（或接近零點(diǎn)處）為止。

V

U(3vDC)

V第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、直流電機(jī)的檢修3）用單臂電橋測量定子繞組的直流電阻，并記錄結(jié)果。4)用雙臂電橋測量電樞繞組的直流電阻，并記錄結(jié)果。繞組的阻值范圍：

電樞繞組的阻值在零點(diǎn)幾歐姆到1~2歐姆。

他勵(lì)/并勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組的阻值有幾百歐姆。

串勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組的阻值與電樞繞組的相當(dāng)。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一六、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維護(hù)不方便，但它的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）調(diào)速均勻平滑，可以無級調(diào)速。（2）調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200（他勵(lì)式）以上（調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）。第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一七、直流電機(jī)常見故障電機(jī)換向器常見故障的修理

一、換向器的結(jié)構(gòu)換向器是直流電機(jī)及交流變速電動(dòng)機(jī)的重要組成部分，換向器的結(jié)構(gòu)如圖所示。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一二、換向器的常見故障及修理1、換向器片間短路的修理當(dāng)換向器片間的溝槽被電刷粉、金屬屑或其他導(dǎo)電物質(zhì)填滿，或有腐蝕性物質(zhì)與灰塵等侵入使云母片碳化時(shí)，會造成換向器片間短路。特別是片間電壓高時(shí)，更容易導(dǎo)致?lián)Q向器片間短路，從而引起火花或產(chǎn)生電弧，損壞換向片。修理時(shí)先清除雜物，用校驗(yàn)燈檢查確定無短路后，再用云母與絕緣填補(bǔ)，待干燥后即可裝配。第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一2、換向器接地的修理V形云母環(huán)尖角端在壓裝時(shí)絕緣損壞或金屬屑、灰塵等未清除干凈，都會造成換向器接地故障。修理時(shí)先將擊穿燒壞處的斑點(diǎn)、灰塵等清除干凈，用云母絕緣材料及蟲膠干漆填補(bǔ)，然后用0.25mm厚的可塑云母板覆貼1-2層，并加熱壓入。如果換向器接地時(shí)因換向片V形角配合不當(dāng)使壓裝時(shí)絕緣損壞而造成的，則應(yīng)改變換向片的V形角或者調(diào)換V形壓環(huán)。第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一3、換向器凸片的修理換向器過熱、短路或裝配不良等，都會引起換向器松弛而導(dǎo)致?lián)Q向片過高。檢查時(shí)用手撫摸換向器表面，即可發(fā)現(xiàn)換向片過高處形成凸片。修理時(shí)，可用錘輕敲凸片，將其調(diào)整到正確位置后再擰緊螺母，然后用車床將換向器表面車光。若換向器已裝在電動(dòng)機(jī)上，也可用磨石來磨光。轉(zhuǎn)動(dòng)電樞并將磨石壓在換向器上，直至換向器表面光滑為止，然后用細(xì)砂紙進(jìn)行精修。第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一4、換向器表面有傷痕及磨損的修理直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電刷下火花的損傷將造成換向器表面灼痕嚴(yán)重或高低不平，都需要及時(shí)修理。若傷痕或不平度較輕微，修理方法如圖所示。用00號砂布貼在木質(zhì)支架上（木支架應(yīng)與換向器外圓吻合），轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行修磨，待換向器表面較為光潔為止。若傷痕或不平度嚴(yán)重，車光換向器外圓，下刻換向器片間云母片，云母片挖削的方法如圖所示，其下刻深度見表。第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一換向器云母片下刻深度（mm）換向器直徑云母下刻深度換向器直徑云母下刻深度50以下0.5150-3001.250-1500.8大于3001.5第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一5、換向器修復(fù)后的檢查換向器修復(fù)后應(yīng)做以下檢查。用小錘輕敲換向片，依據(jù)發(fā)出的聲音來判斷安裝是否牢固。若發(fā)出較清脆的聲音，表明換向器裝配牢固；如果發(fā)出空殼聲，則表明換向器松弛，應(yīng)重新裝配。檢查換向片的軸向平行度，使換向片沿軸線的偏斜度不超過片間云母片的厚度，否則會造成換向不良。做對地耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓通常為兩倍的額定電壓加1000V持續(xù)時(shí)間1min。用220V檢驗(yàn)燈逐片檢查片間是否短路，若有短路應(yīng)加以排除。第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一電機(jī)集電環(huán)的故障處理

一、集電環(huán)的故障及修理集電環(huán)多是鑄件，由青銅或鋼制成，但通過直流電的同步電機(jī)的集電環(huán)則多采用鋼制。常用集電環(huán)有緊圈式、螺桿式、組裝式及塑料式等，其主要差別是環(huán)的固定方法不同，但集電環(huán)都與套筒固定在一起，且環(huán)與環(huán)之間、各環(huán)與套筒之間絕緣。集電環(huán)的常見故障有出現(xiàn)斑點(diǎn)、黑帶、刷痕等輕微損傷；燒蝕、凸凹不平、磨損等嚴(yán)重?fù)p傷以及表面剝離、出現(xiàn)裂紋等等。對于不同故障應(yīng)采取不同的修理方法。第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一1、表面輕微損傷當(dāng)集電環(huán)表面有斑點(diǎn)、刷痕或輕度磨損時(shí)，可先用細(xì)銼、油石等進(jìn)行研磨，然后用00號砂布在集電環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)將其拋光，使集電環(huán)表面的粗糙度達(dá)到Ra1.6-0.8μm。2、集電環(huán)有裂紋當(dāng)集電環(huán)出現(xiàn)裂紋時(shí)，先仔細(xì)檢查裂紋的嚴(yán)重程度。為保證集電環(huán)能正常工作，一般要更換新集電環(huán)，這樣既簡單省時(shí)，又能保證維修質(zhì)量。第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一3、表面嚴(yán)重?fù)p傷如果集電環(huán)表面燒蝕、出現(xiàn)槽紋、凸凹不平等，或者損傷面積達(dá)環(huán)面積的20%-30%且又位于電刷磨損面時(shí)，應(yīng)將集電環(huán)放在車床上修理。車集電環(huán)前應(yīng)確定集電環(huán)表面損傷的最小厚度。車削時(shí)車刀應(yīng)鋒利，進(jìn)刀量小，每次進(jìn)刀量控制在0.1mm左右，轉(zhuǎn)動(dòng)也要平穩(wěn)，表面線速度控制在1-1.5m/s，加工后偏心度不能超過0.03-0.05mm.。車好后先用00號砂布拋光，然后在00號砂布上涂一層凡士林油，在集電環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)再拋光一次，集電環(huán)表面的粗糙度達(dá)Ra4.6-3.2μm.。

第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一二、使用電刷時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)同一臺電機(jī)應(yīng)采用同一型號的電刷，否則會使各個(gè)電刷的電流不均勻，造成個(gè)別電刷過熱及火花過大等。電刷在刷握內(nèi)應(yīng)能活動(dòng)自如，既不能太松，也不