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1、摘要：电机扩大机实际上是一种特殊的直流发电机。电机扩大机在交轴及直轴各有一组 电刷，组成相当于两级放大的直流发电机。为了改善交轴换向，在交轴炭刷之间 串联交轴助磁绕组。为了减小电机扩大机磁滞回环及剩磁电压，在电机扩大机磁 辘部分设置交流去磁绕组。电机扩大机常以安匝放大倍数、电压放大倍数及功率 放大倍数来表示其性能。电机扩大机加负载后，不仅在内阻上有电压降，而且由 于直轴电枢反应磁动势极大地削弱了控制绕组的磁动势而使电动势骤然下降，故 需通过调节与补偿绕组并联的调节电阻，以调节补偿能力的强弱。一般为了避免 扩大机负载自励而调在欠补偿状态。国家标准规定，电压变化率可在24%40% 范围内调整,一般
2、为30%o一. 用途及分类：电机扩大机在自动控制系统中主要用作功率放大，对于小容量系统，可用它对直流电动供 电，对于大容量系统，需要通过发达机来提高控制信号的功率或电压，以便控制执行机构，调 节机构动作，完成自动控制和调节的任务。在民用船舶中，扩大机通常用于重型甲板机械的控 制，如拖网机，绞缆机等；对于军用船舶，扩大机广泛应用于舰船的消磁（地球本身就是个大 磁场，传播在海上航行中，切割地球磁场，会使钢质的舰船产生磁场，在未知海域航行中，会 受到磁性水雷的袭击，因此需要对其消磁，通过在舰船内部分布的消磁电缆，來抵消舰船产生 的磁场）、甲板武器的控制等等。电机扩大机可以分为交轴磁场电机扩大机，直轴
3、磁场电机扩大机，自差式电机扩大机，按 励磁方式乂可分为他励式和自励式两种，目前国美生产的多为交轴磁场扩大机（简称交磁扩大 机或电机扩大机）其功率范围为0. 15-50千瓦，电压有115伏，230伏，460伏三种。二. 结构原理：1 , 结构交轴扩大机实际上是具有共磁系统两级放大的他励直流发电机，其结构与普通的直流电机 相似，电枢绕组和一般直流发电机一样，但在换向器上安放有两对电刷，一对电刷放在磁极的 中性线上，即与磁极正交，称为交轴（或横轴）电刷，但她是用导线短接起來的；另一对电刷 放在磁极的轴线上，称为直轴（或纵轴）电刷，直流电机扩大机由扩大机和驱动电动机组成, 它有两种形式，一种是扩大机与
4、三相异步电动同轴结构，另一种是扩大机与驱动电动机借联轴 器外部传动。扩大机的定子铁心由硅钢片叠压而成，制成隐极式结构，硅钢片上冲有大槽，中槽，和小槽, 如下图，两个大槽内嵌放2-4个控制绕组C和部分补偿绕组WC,小槽内嵌放分布式的补偿绕 组，中槽内嵌放换向极绕组B,如果具有助磁绕组（或称横向绕组），则把助磁绕组的一边嵌 放在中槽内，另一边嵌放在大槽内，大槽辘上还绕有交流去磁绕组G,定子磁路系统有两个大 槽隔成两个主磁极，中槽之间形成换向磁极，机壳，端盖和轴承等都与直流电动机相似，有的 扩大机刷握周围用绝缘材料制成外框，直接固定在端盖上，省去了刷架。(6)2. 工作原理：电机扩大机的工作原理如图
5、所示，扩大机的电枢槽内嵌放单叠绕组，当控制绕组c接受外 来控制电压时，便有控制电流IC流过，IC产生磁通C,如果这时由原动机拖动，以转速N顺 时针旋转，则电枢导体切割磁力线（即切割（DC）,将产生交轴电势，其方向由右手定则测出， 此时，在交轴电刷B3,B4之间将产生电势（约几伏），但电刷B3,B4是短路的，就出现了短路 电流12,由于12流过电枢导体，乂产生了一个交轴C,相互垂直，故称交轴磁通，这个磁通 相当于直流发电机的电枢反映磁通，同理，它也被电枢导体切割乂会产生远远大于EQ的直轴 电势ED,在直轴电刷B1,B2上接上负载，就会乂较大功率输出，由此可见，电机扩大机的工 作相当于一组两级放大
6、的直流发电机，不过在结构上将第二级励磁绕组，借用第一级的电枢反 应磁通，共用一个电枢进行两级放大，这种电机扩大机具有两级直流发电机的放大系数。当扩大机接上负载以后，直轴的电枢回路就有ID通过，它产生的直轴电枢反应磁通，其方 向与C相反，将大大消弱C,使扩大机根本不能带负载工作，因此，必须设法消除直轴电 枢反应，方法是，在定子上加补偿绕组，它与电枢绕组串联，其磁通CP与C方向相同，而 且随输出电流的增减而增减，故可抵消直轴电枢反映的去磁作用，能在不同电流下得到较好的 补偿。在交轴电刷之间还串有助磁绕组J,它产生的磁通，能使交轴电流减小，以利于改善交轴的 换向，为了改善直轴换向，在中槽内嵌有换向绕
7、组作换向磁极，在大槽中装有去磁绕组，使固 有磁滞回线变窄，从而提高了电机转速稳定性和减小了电机的剩磁电压。在国产电机扩大机种“Z”表示直流，“K”表示控制，第二个“K”表示电机扩大及，“J”图|32电机扩大机的工作原理3工作特性:特性含义空载特性是指空载输出电 压U0与控制磁势FC之间 的关系如下图：要求和指标对空载特性的主 要要求是线性度 要高，即空载特性 的直线部分要长， 剩磁电压要小，电 机扩大机的剩磁 电压通常在有去 磁绕组时不大于 额定输出电压的 5%,不采取任何 措施，不大于额定 输出电压的15%附注剩磁电压是指当空载输出 电压自零上升到额定电压 UN的1.3倍后，再将控制 电流逐
8、渐减少到零时的输 出电压Uout外特性是指控制电流IC为 常数时，输出电压Uout和 输出电流lout的关系如下 图1，为全补偿2, 为欠补偿3, 为过不长对外特性的基本 要求是：在电压变 化率为30%时，控 制电流自零到额 定值的范围内，所 有外特性曲线是 下降的，如下图： 改变不长调节电 阻Rcr可以改变补 偿绕组磁势，Frp 的补偿程度，Rep 越大，补偿越强， 外特性越硬，Rep 越小，补偿越弱， 外特性越软，为了 使电机扩大机工 作稳定，防止负载 自激，通常将外特 性调整在不大的 欠补偿状态功率放大系数功率放大系数与 补偿程度，直轴电 流有关，补偿程度 越强，放大系数越 大，电机扩大
9、机的 功率放大系数一 般是指电压变化 率为30%时的功 率放大系数控制方便2-4以不叠满统 2可种行以系 ，几进可制 电禅皿信昭动求 种控时的或自要 该个同同加足的时间常数控制绕组X辭尽为.1S 助般.05-0 J二06S湖 间能C3-一 时可T0.Z加阻时小机响Z交轴回路zlBr过载能力输出回路过指 ，于额定 的是功压别，额 路，电分率，比 回力的过流功压之 出能时，电定电流 输载瞬率过额定电过载能力要尽量 大些，电机扩大机 的瞬时过功率可 达2倍，瞬时过电 流可达1.5倍，瞬 时过电流可达3.5 倍；控制绕组的过 载能力一般为5-9 倍控制绕组控輪期额乙电机扩大机算是比较先进的电机控制系统
10、，因此，目前笔者掌握的关于其的资料还比较少， 仅限于维修、实验等具体的工作，其系统的维修工艺还不算成熟，将会在以后的工作学习中继 续研究，学习。三. 去磁效应对扩大机特性的影响:1, 交轴延迟换向去磁实际上扩大机在交轴上没有换向极，故交轴换向是延迟换向，交轴延迟换向电流在换向元 件中所产生的磁通e o与控制磁场 c方向相反，起去磁作用2. 电枢铁耗去磁电枢铁心在交轴磁场中旋转，当电枢铁心截面从垂直于交轴磁场位置转到水平位置时，切割交 轴磁场产生涡流，此涡流产生的磁场方向，正好抵制穿过铁心磁场，使其减少，因此，涡流产 生的磁场对控制磁场起去磁作用，如图，另外当铁心截面转到水平位置时，由于磁滞作用
11、，截 面的磁通密度不为零，有剩磁存在，它与控制磁场的方向相反，同样起到去磁作用，称为剩磁 去磁，以上两种去磁现象统称为铁耗去磁，虽然在这其中去磁效应其值很小，但因扩大机的控 制磁势较弱，相对來说其去磁作用是可观的3移刷去磁顺旋转方向移动交轴电刷，交轴电流产生的磁势有直流分量，它对控制磁势起去磁作用，逆旋 转方向移动交轴电刷，其作用与顺移电刷的作用相反。顺移和逆移直轴电刷，直轴电流产生的磁势，有交轴分量，它对交轴磁势起去磁或助磁作用， 移刷去磁虽然其值也不是很大，但对扩大机的特性同样有显著的影响。五.选择和使用：1 选择电机扩大机的额定功率，额定电流以及额定电压，应与系统典型负载截图所折算出的等
12、效 功率，等效电流以及平均电压相等，并应该有10-20%的余量系统要求的最低运行电压应高于电机扩大机的剩磁电压，并留有一定的余量。正确选择控制绕组，并注意极性，当前级需构成推挽式差动放大线路时，要选用参数相同 的两个控制绕组，当前级为电子管放大器或作为电压负反馈绕组时，应选用高电阻的控制 绕组，当前级为晶体管放大器或作为电流负反馈绕组时，应选用低电阻的控制绕组。2. 使用电机在出厂时，制造厂对电刷的位置做了明显的标记，调整电刷位置时，注意不要偏移过 多，恰当地调节外特性的软硬度（在调节外特性的时候，还可以通过调节分流电阻來使扩 大机的外特性发生改变），制造厂保证电压变化率为30%时，控制电流I
13、c由零到额定值的 范围内，全部外特性不上翘，在调整和运行的过程中，应避免短路，自励，过分强行励磁 及长期单一方向使用（单方向励磁），以免造成剩磁电压过高，难以矫正，在使用过程中, 应随时检查扩大机的电刷的紧固螺栓以及接线盒内的固定螺丝，以保证扩大机能够在接触 电阻很小的状态下使用，否则，会引起不正常的电流过大，从而烧毁扩大机。四. 常见故障与检修1. 空载时电压很低或不发电检查转速，可凭经验或用转速表测量转速是否低于扩大机铭牌上所标注的转速，如转速 差别较大，可检查拖动电机是否有故障。判断控制电路时否有故障，在控制系统中，给控 制绕组以额定的电压，用仪表测量扩大机控制绕组的电压，若无电压或电压
14、过低，则属于 控制电路的故障检查扩大机本身的故障，用万用表测量控制绕组的电阻，如电阻过小，说明控制绕组 短路；若电阻过大，则说明控制绕组断路，测量时，由于环境温度的不同，其标定的数值 会有微小的差别，应视为正常。检查交轴电刷是否卡在刷握内，换向器与电刷接触面积是否太小，换向器是否清洁，电 枢绕组或换向器是否短路。检查交轴电刷的连线是否松脱和断线，电刷位置是否移动过多检查补偿绕组是否断路，接反检查交轴助磁绕组是否接反，检查时可将绕组两头对调，维持控制电流不变，若其空载 输出电压增高，说明原绕组接线错误2. 空载电压正常，加载后电压明显下降补偿绕组接反：不起助磁作用，反而起去磁作用，使电压明显下降
15、，在控制绕组中串联 一个电流表，就可判断补偿绕组是否接反，当加负载时，电流表的电流值大于额定电流， 而且电流表的指针左右摆动，说明补偿绕组接反。换向磁极绕组接反：不起改善换向的作用，反而使换向更加困难，造成换向片与电刷间跳火变大，而且发出“知知”的声音。电枢绕组极性接反：使控制绕组与补偿绕组极性和换向磁极绕组极性都相反，致使电压 明显下降，其至接近零。电枢绕组局部短路或绕组与换向器的引线假焊，虚焊，或松脱。换向极绕组或补偿绕组短路：两绕组受潮或接触腐蚀性物质以及过热，都会造成绝缘击 穿，老化脱落而短路，拆装时压伤了绕组的引线，也能造成短路。检查时，可把换向极绕 组和补偿绕组分别加上低压交流电（电流应小于额定电流）进行测量。先对补偿绕组加交 流电，将换向极个绕组的连线拆开，测量比较各换向极绕组的电压是否一样，电压低的为 短路绕组，以同样的方式测量补偿绕组，可将交流电加在换向极绕组上。补偿绕组并联电阻短路：将电阻外接线拆除，用仪表测量其电阻是否小于额定值，即可 判断。3. 加负载后电压过高电刷中性线位置不对，可校正电刷中性线位置，即顺旋转方向移1-2片换向片。补偿绕组过补偿，可调整补偿绕组的并联电阻，使流过补偿绕组的电流减小，以减弱补 偿效果。补偿绕组的并联电阻
