《直流电机结构及故障案例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电机结构及故障案例（112页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、直流电机故障处理实例 鞍钢电气有限责任公司,直流电机是一种将直流电能和机械能相互转换的旋转电机。它既可用作电动机去拖动各种机械负载，也可作为发电机供应不同的直流负荷，这些都是直流电机的可逆性原理决定的。不过，目前在实用中主要还是用作电动机。,直流电动机具有以下一些优良特性： 1、它具有调速平滑、方便和调速范围宽广的优良的调速特性； 2、能够承受频繁的冲击负载，以及过载能力大； 3、可进行频繁的无级快速起动、反转和制动； 4、能够满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求等。 因而直流电动机在需要宽广调速的场合或要求有特殊运行性能的自动控制系统中，一直占有十分重要的地位。,直流电机的基本结构:
2、 1-直流电机总成；2-后端盖；3-通风机；4-定子总成； 5-转子（电枢）总成；6-电刷装置；7-前端盖,定子和转子,直流电机主要由定子（固定部分）和转子（转动部分）两大部分组成。定子的作用是用来产生磁场和作电机的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承等。静止的电刷装置也固定在定子上。转子上用来感应电势而实现能量转换的部分称为电枢，它包括电枢铁心和电枢绕组，此外转子上还有换向器、轴等，有的还有风扇。,直流电机结构图片,主磁极 简称主极，用来产生气隙磁场，绝大部分主极不用永久磁铁，而是由主极铁心和套在铁心上的励磁绕组两部分组成，在励磁绕组上通以直流电来建立磁场，产生极、极。由于极、极
3、只能成对出现，因此，主极的极数一定是偶数。在机座内圆上按、交替排列。而主极铁心一般用厚.mm的低碳冷轧板冲片叠压而成,换向极 也是由铁心和套在上面的绕组构成，铁心的材料与主极相同，也有用整块钢制成的。换向极绕组与电枢串联。换向极的数目一般与主极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有是主极数一半的，有的甚至没有换向极。顾名思义，换向极是用来改善换向的，简单的说，换向极装在电枢上的几何中性线上（两主极之间）。电刷则装置在换向器的几何中性线上。这时，换向区域就恰好在换向极下面。换向极的作用是要产生一个磁场，称为换向磁场，以使换向元件切割该磁场而产生一个与电抗电势er方向相反而大小相等的旋转电势ek
4、,随之换向元件内的合成电势为零，从而改善电机的换向。,机座 其主体部分作为磁极间磁的通路，称为磁轭。机座同时又用来固定主极、换向极和端盖，并借底脚把电机固定在基础上。机座一般用铸钢铸成或用厚钢板焊接，对于换向要求高的电机，用薄钢板叠成。,电枢铁心 是用来作为磁的通路及嵌放电枢绕组的。为了减少涡流损耗，电枢铁心一般用厚0.350.5mm的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，每片冲片冲有嵌放绕组的矩形槽或梨形槽和一些通风孔。对于容量较大的电机，为了加强冷却，把电枢铁心沿轴向分成数段，每段40100mm，段与段之间空出810mm作为径向通风道。,直流电机电枢绕组结构,电枢绕组 用来感应电势和通过电流，使电机
5、能实现机电能量转换。它由许多用绝缘导线绕制的线圈组成，各线圈以一定规律焊接到换向器上而连接成一整体。小型电机的电枢绕组用圆截面导线绕制并嵌放在梨形槽中，较大容量的电机则用矩形截面导线绕制而嵌放在开口槽中，线圈与铁心之间以及上下层线圈之间都必须妥善绝缘，为了防止电机转动时线圈受离心力而甩出，在槽口加一槽楔来固定。槽楔一般采用环氧酚醛玻璃布板制成。线圈伸出槽外的端接部分，通常用热固性无纬玻璃丝带来绑扎。,换向器 1-螺旋压圈；2-换向器套筒；3-V形压圈；4-V形云母环；5-换向铜片；6-云母片。,换向器 换向器的作用是把电刷间的直流电势用机械换接的方法转换为电枢绕组内部的交流电势，其频率为f=p
6、n/60。 换向器是由许多彼此互相绝缘的换向片构成，它有多种结构型式，最常见的一种型式是换向片下部为燕尾形，借助于形钢制套筒、压圈把它固定，并用螺栓把它们紧固使之成为一整体，片与片之间用云母垫片绝缘，换向片与形套筒、压圈之间均用云母制成的形圈和云母套筒绝缘。,线圈与换向器 的连接,电刷装置:1 -刷杆座；2-弹簧；3-刷杆；4-电刷；5-刷握；6-绝缘杆,电刷装置 电刷的作用一是把转动的电枢与外电路相连接，使电流经电刷输入电枢或从电枢输出；二是与换向器配合作用而获得直流电压。电刷装置由电刷、刷握、弹簧、刷杆（刷架）、刷杆座（刷架座圈）和汇流排等零件构成。 电刷放在刷握的刷盒中，由弹簧把它压在换
7、向器表面上，刷握固定在刷杆上，借铜辨把电流从电刷通到刷杆上，彼此互相绝缘的刷杆装在刷杆座上，刷杆数与主极的极数相等。刷杆座的位置是可以调整的，调整刷杆座的位置，就同时调整各电刷在换向器上的位置。,直流电机的基本结构总结,主要由定子、转子两部分组成,直流电机,直流电机的物理模型,直流电机的励磁方式 (a)他励；(b)串励；(c)并励；(d)复励,IIa,IIaIf,I=Ia+If,I=Ia,Ifc=Ia,I=Ia+Ifb; I=Ifc=Ia+Ifb,U=E+Ia(Ra+Rj) E=Cen n=U-Ia(Ra+Rj)/ Ce Tem=Cm Ia,电动机不能起动或达不到额定转速 ）进线或主要线路开路
8、 ）并激绕组断路或错接 ）过载 ）起动器故障 ）换向磁极或串激绕组接反 ）激磁电流大 ）电枢绕组或换向器片间短路，并激绕组被机体或其它绕组短路 ）电刷不在中性线上,电动机的转速过高 ）电枢电压超过额定值 ）激磁电流小 ）串激电动机轻载 ）电刷不在中性线上,电动机反方向旋转时电刷火花增大 电动机反方向旋转时电刷火花增大的原因，通常是由于电刷不在中性线上。对于可逆转电动机，必须将电刷严格置于几何中性线上,直流电机温度过高的原因极其防止 ）电压不符合要求 ）电机过载或拖动机械惯量过大 ）电机绕组接地或短路 ）均压线与换向器片间焊接不良或接线错误，主极气隙不均 ）升高片或电枢绕组元件之间，充满了碳灰和
9、油污，除影响通风散热外，还可能引起短路甚至燃烧 ）大电流回路连接不良 ）环境温度太高或电机通风不良,直流电机绝缘故障的原因及处理 ）绝缘电阻过低 ）电枢接地或匝间短路 ）补偿绕组和主绕组故障,直流电机的换向,1. 换向过程？,（假设电刷宽度等于换向片宽度）,电枢旋转时，被电刷短路的元件从短路开始到短路结束， 从一条支路转换到另一条支路， 电流改变了方向。 换向元件中电流的这种变化过程，称为换向过程。 从换向开始到换向结束所需时间，称为换向周期,直线换向,如果换向元件中电势为零， 则在被电刷短路的闭合回路中不会有环流。 换向元件中的电流由电刷与相邻两换向片的接触面积决定。变化曲线时一条直线， 称
10、为直线换向。,但是换向过程中， 不可能没有电势！,2. 换向元件中的感应电势,(1) 电抗电势er,换向元件中由于换向电流的变化所引起的自感电势和互感电势之和，称为电抗电势。,Lr：换向元件的电抗系数， 包括自感和互感,er的平均值：,设电刷宽度bs等于换向片宽度bk， 换向片数为K，,换向周期Tk：,电抗电势的特点,电机负载越重或转速越高， 电抗电势越大。,电抗电势的方向阻止换向电流的变化， 因此er的方向必与换向前的元件电流ia的方向一致。,换向元件所处的几何中线处，主磁场几乎为零； 电枢反应磁势所产生的磁通a正好穿过换向元件。 电枢旋转时， 换向元件切割a 所生电势ea称为旋转电势。,（
11、2）旋转电势,旋转电势 的特点,设换向元件匝数为Wk，电枢反应磁势在换向元件处所生的磁密为Ba， 则ea的平均值：,特点：,（1） ， 负载越重或者转速越高， 旋转电势也越大。,（2） 据右手定则， ea的方向总是与换向前元件中的电流方向相同， ea与er 方向一致，也是阻碍换向的。,（3）电刷下产生火花的原因,换向元件中存在两个方向相同的电势er和ea， 合成电势：,合成电势在换向元件闭合回路中产生的环流：,由闭合转为断开时，由ik建立的电磁能量以火花的形式释放出来。,改善换向的方法,减少换向元件的感应电势和旋转电势，可以有效地改善换向。最有效的办法：装换向极。,抵消电枢反应磁势，使ea0,
12、建立Bk，产生ek，使,安装换向极的要求,换向极应装在几何中性线上;,换向极的极性使产生的Bk方向与电枢反应磁势的方向相反。,换向极绕组必须与电枢绕组串联，使在任何时候， eker,在无换向极的电机中，把电刷从换向器上的几何中性线移开一个适当的角度，使换向区域也跟着从电枢上的几何中性线移开一相当角度而进入主极之下，利用主磁场来代替换向极所产生的换向磁场，也可获得必要的旋转电势以抵消电抗电势。在发电机中，电刷应自几何中性线顺着电枢旋转方向移过一适当角度；而在电动机中，则应逆着电机旋转方向移过一适当角度。,这种方法有两个严重缺点。其一是移刷后产生去磁作用的直轴电枢反应，使发电机电压降低，使电动机的
13、转速升高。特别是电动机，移刷后应经过试验，以防止出现转速随负载增加而上升的不稳定现象。其二是由于电抗电势er随负载而变化，因此必须随着负载的变化而不断调节电刷的位置，这就很难办到了。所以，这种方法现在很少采用，只在个别小容量直流电机中才用到。,加换向极后的结构图,环火及其防止,电枢反应使气隙磁场发生畸变， 使处于Bmax处的元件的感应电势增大。 当片间电压Uk超过一定值时， 换向片间产生火花，称为电位差火花。,电位差火花与换向火花连成一片， 构成环火。,防止环火的措施：在主磁极的极靴装补偿绕组， 并与电枢绕组串联。产生的磁势方向与电枢反应磁势相反。,换向故障的原因、征象及处理 换向火花的等级标
14、准,换向火花产生的原因 ）机械性原因 ）电磁性原因 ）电刷及其他原因,机械性原因 ）电刷振动 ）电刷压力和刷握位置调整不当 ）电刷与换向器表面接触不良,电磁性原因 ）电刷位置不在中性线上 ）换向极过强或过弱 ）换向极磁路饱和 ）电气故障方面原因 换向极或主极绕组极性接反 电枢绕组元件或升高片之间短路 升高片、并头套开焊,电刷及其它原因 ）电刷选用不当 ）电刷过窄或过宽 ）负载及工作条件方面的原因,在换向周期内，换向元件中的电流从+ia变到-ia，这就要求产生一个换向电流： i=ia(1-2t/Tk)+(er-ek)/Rb=iL+Ik 其中iL =ia(1-2t/Tk)为直线换向电流 当t=0时
15、， iL= ia；当t= Tk时， iL=-ia Ik= (er-ek)/Rb为附加换向电流 当(er-ek)0时，换向磁场弱延迟换向 当(er-ek)0时，换向磁场强超越换向 Rb 是电刷与换向片对附加换向电流的接触电阻： Rb = Rb Tk/t+ Tk/(Tk-t) Rb为换向片与电刷完全接触时的接触电阻,选用电刷时必须考虑电刷的工作条件（如换向器的圆周速度等）和电刷本身的各项性能。我们把电刷分成两个方向，一个方向是负载电流从电刷引线经刷体流向换向器（或者相反）的方向，称为纵向；另一个方向是在换向的一瞬间电刷短接换向线圈元件时换向电流流经电刷的方向，称为横向。为了改善换向，我们希望这两个
16、方向的电刷刷体电阻不一样纵向电阻越小越好，横向电阻越大越好。,为了达到增大横向电阻的目的，可以把一个电刷沿纵向劈开成两层或几层，中间用绝缘胶粘住，这就是分层电刷，显然其横向电阻增大。而双电刷则是在一个刷握盒里放两个电刷，即两个电刷当成一个电刷使用，也有类似作用。 另外，可以选择宽一点的电刷或者使一排电刷相互错开，来扩大换向区。因为这样既可以减小电抗电势，又可降低电刷的电流密度。但是电刷也不能太宽或者错位太多，否则进入到主极磁场区域，即使在空载时也有火花。,同组电刷的刷握应排列在平行机轴或换向片的直线上。如果刷握排列参差不齐，虽然相当于增大了电刷宽度，可是其前、后电刷边缘的电流密度都增大了，相当于点接触，容易产生换向火花。电刷的错位同样有利亦有弊。,案例：有一台长期闲置的直流电动机将重新投入使用，其起动前应做哪些准备工作。 1、仔细清除直流电动机内外部分长期积聚的灰尘和污垢； 2、用手转
