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1、直流电动机常见故障分析与维修1.引言电动机在人们的工农业生产中发挥着巨大的作用，给人们的生活带来了极大的便利。直流电动机虽然结 构较复杂，使用与维护较麻烦，价格较贵，但是由于其具有调速性能好，起动转矩大等优点本文分析了电动 机的结构、工作原理以及在工作中的常见故障，并给出了一些日常维护的方法。2直流电动机的原理、结构与拆装2.1直流电动机的工作原理当把直流电动机的电刷A、B接到直流电源上时，从图2.1可以看出，电刷A是正电位，B是负电位，在 N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。前面已经说过， 载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此，ab和cd
2、两导体都要受到电磁力Fde的作用。根据磁场方向和 导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，ab边受力的方向是向左，而cd边则是向右。由于磁场是均匀 的，导体中流过的又是相同的电流，所以，ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁 力的作用而按逆时针方向转动了。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但 是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半州之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S极范围内， cd边转到N极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了，是从d流 向c，在S极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此，电
3、磁力Fdc的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时 针方向转动。可见，分别处在N、S极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向 也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其它工作机械。图2.1从以上的分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围内转到另一 个异性磁极范围内时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变。换向器和电刷就是完成 这个任务的装置。在直流发电机中，换向器和电刷的任务是把线圈中的交流电变为直流电向外输出；而在直 流电动机中，则用换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电
4、。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。当然，在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。2.2直流电动机的结构直流电动机虽然结构较复杂，使用与维护较麻烦，价格较贵，但是由于其具有调速性能好，起动转矩大等优点，因而也获得了较广泛的应用。目前使用的直流电动机主要有Z2和Z4两种系列，其外形如图2.2所/示O图2.2Z4系列是20世纪80年代开始研制生产的产品，Z2与Z4的内部结构基本上是相同的，即由定子和转子 两大部分组成。定子是指电动机中静止不动的部分，
5、包括机座、圭磁极、换向极、前端盖、后端盖、电刷装 置等部分。转子是指电动机中旋转的部分。主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部分组成。 图2.3所示为直流电动机各主要部件图。图2.3l 一前端盖2 一风扇3 机座4 一后端盖5 一电刷装置6 一转子直流电动机根据励磁绕组接线方式的不同，可分为他励电动机、串励电动机、并励电动机和复励电动机 等多种。在使用及检修直流电动机时，必须分清各绕组线端的标记，以便于相互连接和与外电路连接，表2.1 给出了直流电动机各绕组线端曾经用过的和现在使用的标记代号。表 2.1绕组名称1965 年19651980年1980以后始端未端始端末端始端末端电枢绕组
6、S1S2S1S2A1A2换向绕组H1H2H1H2B1B2串励绕组C1C2C1C2D1D2并励绕组F1F2B1B2E1E2他励绕组w1W2T1T2F1F2补偿绕组B1B2BC1BC2C1C22.3 直流电动机的拆装以常用的 Z 系列直流电动机为例进行介绍。在拆卸前首先应在前端盖与机座、后端盖与机座的连接处做 好标记，还应在刷架处做好标记，以便于将来的装配。其拆卸顺序为： 拆除直流电动机接线盒内的连接线。 拆下换向器端盖（后端盖）上通风窗螺栓，打开通风窗，从刷握中取出电刷，拆除刷杆上的连接线。 拆下换向器端盖的螺栓、轴承盖螺栓，并取下轴承外盖。 拆卸换向器端盖。 拆下轴伸出端端盖（前端盖）上的螺栓
7、，把电枢连同端盖从定子中小心地抽出来，注意不要碰伤电枢 绕组、换向器及磁极绕组。 用纸将换向器包好，并用纱带扎紧。 拆下前端盖上的轴承盖螺栓，并取下轴承外盖。 将电枢连同前端盖一起放置在木架上或木板上，并用纸或布包好。电动机保养或修复后的装配顺序与拆卸顺序相反，并按所做标记矫正电刷的位置。3 直流电动机的正确使用与维护3.1 直流电动机使用前的检查 用压缩空气或手动吹风机吹净电动机内部灰尘、电刷粉末等，清除污垢杂物。 拆除与电动机连接的一切接线，用绝缘电阻表测量绕组对机座的绝缘电阻。若小于o. 5MQ时，应进 行烘干处理，测量合格后再将拆除的接线恢复。 检查换向器的表面是否光洁，如发现有机械损
8、伤或火花灼痕应进行必要的处理。 检查电刷是否严重损坏，刷架的压力是否适当，刷架的位置是否位于标记的位置。 根据电动机铭牌检查直流电动机各绕组之间的接线方式是否正确，电动机额定电压与电源电压是否相 符，电动机的起动设备是否符合要求，是否完好无损。3.2 直流电动机的使用 直流电动机在直接起动时因起动电流很大，这将对电源及电动机本身带来极大的影响。因此，除功率 很小的直流电动机可以直接起动外，一般的直流电动机都要采取减压措施来限制起动电流。 当直流电动机采用减压起动时，要掌握好起动过程所需的时间，不能起动过快，也不能过慢，并确保 起动电流不能过大（一般为额定电流的12倍）。 在电动机起动时就应做好
9、相应的停车准备，一旦出现意外情况时应立即切除电源，并查找故障原因。 在直流电动机运行时，应观察电动机转速是否正常；有无噪声、振动等；有无冒烟或发出焦臭味等现 象，如有应立即停机查找原因。 注意观察直流电动机运行时电刷与换向器表面的火花情况。在额定负载工况下，一般直流电动机只允 许有不超过1 1/2级的火花。电刷下火花的等级，见表 3.1表 3.1火花等级电刷下火花程度换向器及电刷的状态允许运行方式L无火花换向器上没有黑痕；电刷上没有灼痕允许长期连续11/4电刷边缘仅小部分有微弱的 点状火花或有非放电性的红 色小火花运竹1 1/2电刷边缘大部分或全部有轻微的火花换向器上有黑痕出现，用汽油可以擦除
10、；在电刷上有轻微灼痕2电刷边缘大部分或全部有较强烈的火花换向器上有黑痕出现，用汽油不能擦除；电刷上有灼痕。短时出现这一级火花，换向器上不出现灼痕，电刷不致烧焦或损坏仅在短时过裁 或有冲击负载 时允许出现3电刷的整个边缘有强烈的火 花，即环火，同时有大火花 飞出换向器上有黑痕且相当严重；用汽油不能 擦除；电刷上有灼痕。如在这一级火花短 时运行，则换向器上将出现灼痕，电刷将 被烧焦或损坏仅在直接起动 或逆转的瞬间 允许出现 但 不得损坏换向 器及电刷 串励电动机在使用时，应注意不允许空载起动，不允许用带轮或链条传动；并励或他励电动机在使用 时，应注意励磁回路绝对不允许开路，否则都可能因电动机转速过
11、高而导致严重后果的发生。3.3直流电动机的维护应保持直流电动机的清洁，尽量防止灰沙、雨水、油污、杂物等进入电动机内部。直流电动机结构及运行过程中存在的薄弱环节是电刷与换向器部分，因此必须特别注意对它们的维护和 保养。3.3.1换向器的维护和保养换向器表面应保持光洁，不得有机械损伤和火花灼痕。如有轻微灼痕时，可用0号砂纸在低速旋转的换 向器表面仔细研磨。如换向器表面出现严重的灼痕或粗糙不平、表面不圆或有局部凸凹等现象时，则应拆下 重新进行车削加工。车削完毕后，应将片间云母槽中的云母片下刻1mm左右，并清除换向器表面的金属屑及 毛刺等，最后用压缩空气将整个电枢表面吹扫干净，再进行装配。换向器在负载
12、作用下长期运行后，表面会产生一层坚硬的深褐色薄膜，这层薄膜能够保护换向器表面不 受磨损，因此要保护好这层薄膜。3.3.2电刷的使用电刷与换向器表面应有良好的接触，正常的电刷压力约为1525kPa，可用弹簧秤进行测量，如图3.1所 示。电刷与刷盒的配合不宜过紧，应留有少量的间隙。电刷磨损或碎裂时，应更换牌号、尺寸规格都相同的电刷，新电刷装配好后应研磨光滑，保证与换向器 表面有80%左右的接触面。4直流电动机的常见故障及检修4.1直流电动机的常见故障及排除直流电动机的常见故障及排除见表4.1表 4.1故障现象可能原因排除方法不能起动 电源无电压 励磁回路断卉 电刷回路断开 有电源但电动机不能转动
13、检查电源及熔断器 检查励磁绕组及起动器 检查电枢绕组及电刷换向器接触情况 负载过重或电枢被卡死或起动设备不合要求，应分别进行检查转速不正常 转速过高 转速过低 检查电源电压是否过高！主磁场是否过 弱，电动机负载是否过轻 检查电枢绕组是否有断路、短路、接地等 故障；检查电刷压力及电刷位置；检查电源 电压是否过低及负载是否过重；检杳励磁绕 组回路是否正常电刷火花过大 电刷不在中性线上 电刷压力不当或与换向器接触 不良或电刷磨损或电刷牌号不对 换向器表面不光滑或云母片凸 出 电动机过载或电源电压过咼 电枢绕组或磁极绕组或换向极 绕组故障 转子动平衡未校正好 调整刷杆位置 调整电刷压力、研磨电刷与换向
14、器接触面、淘换电刷 研磨换向器表面、下刻云母槽 降低电动机负载及电源电压 分别检查原因 重新校正转子动平衡过热或冒烟 电动机长期过载 电源电压过高或过低 电枢、磁极、换向极绕组故障 起动或正、反转过于频繁 更换功率较大的电动机 检查电源电压 分别检查原因 避免不必要的正、反转机座带电 各绕组绝缘电阻太低 出线端与机座相接触 各绕组绝缘损坏造成对地短路 烘干或重新浸漆 修复出线端绝缘 修复绝缘损坏处4.2直流电动机最常见故障的检修4.2.1电枢绕组接地故障这是直流电动机绕组最常见的故障。电枢绕组接地故障一般常发生在槽口处和槽内底部，对其的判定可 采用绝缘电阻表法或校验灯法，用绝缘电阻表测量电枢绕
15、组对机座的绝缘电阻时，如阻值为零则说明电枢绕 组接地；或者用图所示的毫伏表法进行判定，将36V低压电源通过额定电压为36V的低压照明灯后，连接到 换向器片上及转轴一端，若灯泡发亮，则说明电枢绕组存在接地故障。具体到是哪个糟的绕组元件接地，则 可用图所示的毫伏表法进行判定。将612V低压直流电源的两端分别接到相隔K/2或K/4的两换向片上 （K为换向片数），然后用毫伏表的一支表笔触及电动机轴，另一支表笔触在换向片上，依次测量每个换向片 与电动机轴之间的电压值。若被测换向片与电动机轴之间有一定电压数值（即毫伏表有读数），则说明该换向 片所连接的绕组元件未接地；相反，若读数为零，则说明该换向片所连接的绕组元件接地。最后，还要判明 究竟是绕组元件接地还是与之相连接的换向片接
