维修电工(中级)教材

电工基本要求第一节、维修电工基本安全常识第二节、安全用电和消防常识第三节、触电急救知识和方法第一节维修电工基本安全常识一、维修电工应具备的条件必须身体健康，经医生鉴定无妨碍工作的疾病。凡患有较严重高血压、心脏病、气管喘息等疾病，以及患神经系统疾病、色盲、听力和嗅觉障碍及四肢功能有严重障碍者，不能从事维修电工工作。必须通过正式的技能考试合格并持有维修电工操作证和电工安全考试合格证。必须懂得触电急救方法、电气防火及救活等安全知识。二、维修电工人身安全常识在进行电气设备安装与维修操作时，至少应有两名经过电气安全培训并考试合格的维修电工人员，必须严格遵守各种安全操作规范和规定，不得玩忽职守。操作时要严格遵守停电操作的规定，要切实做好防止突然送电的各项安全措施。如挂上“有人工作，不许合闸！”的警示牌，锁上闸刀箱或取下总电源保险器等。不准约定时间送电。在邻近带电部分操作时，要保证有可靠的安全距离。操作前应仔细检查操作工具的绝缘性能，如绝缘鞋、绝缘手套等安全用具的绝缘性能是否良好，有问题的应立即更换，并要定期进行检查。登高工具必须安全可靠，未经登高训练的，不准进行登高作业。如发现有人触电，要立即采取正确的抢救措施。三、设备运行安全常识设备运行应以安全为主，全面执行“安全、可靠、经济、合理”的八字方针。各项电气工作要认真严格执行“装的安全，拆的彻底、检查经常、修得及时”的规定。如对于已出现的故障的电气设备、装置及线路，不应继续使用，以免事故扩大，必须及时进行检修。必须严格按照设备操作规程进行操作。如接通电源时必须先闭合隔离开关，再闭合负荷开关；断开电源时必须先断开负荷开关，再断开隔离开关。当需要切断故障区域电源时，要尽量缩小停电范围。有分路开关的，要尽量切断故障区域的分路开关，尽量避免越级切断电源。电气设备要装有防止雨雪、水气侵袭的措施。电气设备在运行时会发热，因此，必须有良好的通风条件，有的还要有防火措施。有裸露带电的设备，特别市高压电气设备要有防止小动物进入造成短路事故的措施。所有电气设备的金属外壳，都应有可靠的保护接地措施。凡有可能被雷击的电气设备，都要安装防雷设施。第二节安全用电和消防常识一、安全用电常识严禁一线一地安装用电器具。在一个电源插座上不允许引接过多或功率过大的用电器具和设备。未掌握有关电气设备和电气线路知识的专业人员，不可安装和拆卸电气设备及线路。严禁用金属丝去绑扎电源线。不可用潮湿的手去接触开关、插座及具有金属外壳的电气设备不可用湿布去擦抹上述电器。堆放物资、安装其他设备或搬移各种物体时，必须与带电设备或带电导体相隔一定的安全距离。严禁在电动机和各种电气设备上放置衣物，不可在电动机上坐立，不可将雨具等挂在电动机或电气设备的上方。在搬移电焊机、鼓风机、电风扇、洗衣机、电视机、电炉和电钻等可移动电器时，要先切断电源，更不可拖拉电源线来移动电器。在潮湿的环境中使用可移动电器时，必须采用额定电压36V及以下的低压电器。若采用额定电压未为220V的电气设备时，必须使用隔离变压器。在金属容器及管道内使用移动电器，应使用12V的低压电器，并要加接临时开关，还要有专人在该容器外监视。低电压的移动电器应装特殊型号的插头，以防误插入220V或380V的插座内。在雷雨天气，不可走进高压电杆、铁塔和避雷针的接地导线周围，以防雷电伤人。切勿走进断落在地面上的高压电线，万一进入跨步电压危险区时，要立即单脚或双脚并拢迅速跳到离开接地点10m以外的区域，切不可奔跑，以防跨步电压伤人。二、消防知识电气设备发生火灾时，着火的电器、线路可能带电，为防止火情蔓延和灭火时发生触电事故，应立即切断电源。因生产不能停电或因其他需要不允许断电灭火时，必须选择不导电的灭火剂，如二氧化碳灭火器、1211灭火器、二氟二溴甲烷灭火器等进行灭火。灭火时救火人员必须穿绝缘鞋，戴绝缘手套。若变压器、油开关等电器着火后，有喷油和爆炸的可能，必须在切断电源后灭火。灭火时的最短距离。用不导电灭火剂灭火时，10KV电压，喷嘴至带电体的最短距离不应小于0.4m；35KV电压，喷嘴至带电体的最短距离不应小于0.6m。若用水灭火，电压在110KV及以上，喷嘴与带电体之间必须保持3m以上；电压在220KV及以上时，喷嘴与带电体之间应不小于5m。第三节触电急救知识和方法人触电后，往往会失去知觉或者造成假死现象，能否救治的关键，在于使触电者迅速安全的脱离电源，并及时采取正确的救护方法。因此，维修电工不仅要具有触电急救的知识，而且还必须学会触电急救的方法。一、触电急救知识首先应使触电者迅速脱离电源。若能及时拉下开关或拔下插头的，应立即采取此种方法切断电源；若无法及时在开关或插头处切断电源时，应采用与触电者绝缘的方法使其脱离电源，如戴上绝缘手套拉开触电者或者用干燥的木棒、绝缘物等将导线挑开，或用有绝缘手柄的钢丝钳剪断电线等。如触电者在高空中，应使之在脱离电源的同时，做好防止摔伤的保护措施。触电者脱离电源后，应立即进行检查，若已经失去知觉，则要着重检查触电者双目瞳孔是否已经放大，呼吸是否已经停止，心脏跳动情况如何等。在检查时应使触电者仰面平卧，松开衣服和腰带，打开窗户加强空气流通，但要注意触电者的保暖，并及时通知医务人员前来抢救。根据初步检查结果，立即采取相应的急救措施.对有心跳而呼吸停止或呼吸不规则的触电者，应采取口对口人工呼吸法进行抢救。.对有呼吸而心脏停跳或者心跳不规律的触电者，应采用胸外心脏挤压法进行抢救。.对呼吸及心跳均已停止的触电者，应同时采用口对口人工呼吸法和胸外心脏挤压法进行抢救。.对没有失去知觉的触电者，要使其保持冷静，解除恐惧，不要让其走动，以免加重心脏负担，并及时请医生检查诊治。.有些失去知觉的触电者，在苏醒后会出现忽然狂奔的现象，这样可能会造成严重后果，抢救者必须注意。.急救者要有耐心，抢救工作必须持续不断进行，即使在送往医院的途中野不应停止。有些触电者必须经较长时间的抢救方能苏醒二、触电急救方法使触电者仰面平卧，颈部枕垫软物，头部稍后仰，松开衣物和腰带。口对口人工呼吸法。先清除触电者口中的血块、痰液或口沫，急救者深吸气，捏紧触电者的鼻子，大口向触电者口中吹气，然后放松鼻子，使其自身呼气，如此重复进行，每次以5s左右为宜，不可间断，直至触电者苏醒为止。胸外心脏挤压法。使触电者伸直仰卧，后背着地处须为结实木板或硬地，注意保持触电者的体温，急救者跪跨在触电者臀部位置，右手掌放在触电者的胸上位置，中指指尖位于起颈部凹陷边缘，掌根所在的位置即为正确压区，方法如图l-2a所示，然后将左手掌压在右手掌上，方法如图l-2b所示，双手指并拢自上而下均衡的用力挤压胸骨下端，使其下陷3~4cm,气流如图l-2c所示。然后突然放松挤压，要注意手掌不能离开胸壁，依靠胸部的弹性自动恢复原状，如图1-2d所示。按照上述步骤连续不断地进行操作，大约60次/min。挤压时定位须准确，压力要适当，一直进行到触电者苏醒为止。牵手人工呼吸法。凡呼吸停止，且口鼻均受伤的触电者应采用此法抢救，方法如图1-3所示。第二章电机、变压器及其维修第一节、交流电动机第二节、直流电动机第三节、变压器第一节交流电动机一、交流电动机的控制交流异步电动机时一种工农业生产中应用最广泛的电动机，其构造和工作原理在《维修电工（基础知识）》中已有介绍。交流异步电动机按转子结构，可分为笼型和绕线转子型，其中以笼型异步电动机应用最为广泛。电动机的启动电动机的启动是指电动机通电后开始转动到正常运转的过程。在生产过程中，电动机要经常启动和停止。电动机直接启动时，在启动瞬间电动机相当于处在堵转状态，转差率S=l,转子电流很大，反映到电动机的定子侧，使得电动机的启动电流很大，从而远远超过电动机的额定电流，一般为额定电流的4-7倍。启动电流过大一方面使得线路上的压降增加，造成同一电路上其他负载的工作电压下降，影响它们的正常工作，严重时还使得电动机本身的工作电压下降，造成启动转矩太小二不能启动；另一方面，启动电流过大会使经常需要启动的电动机的绕组发热，绝缘老化，从而缩短电动机的使用寿命。因此，对电动机的启动有以下要求：2)在保证足够的启动转矩前提下，启动电流尽量小。3)转速尽可能平滑上升，减少对电动机及负载的冲击。4)启动设备尽量简单、经济、可靠、维护方便。2)在保证足够的启动转矩前提下，启动电流尽量小。3)转速尽可能平滑上升，减少对电动机及负载的冲击。4)启动设备尽量简单、经济、可靠、维护方便。1)电动机应有足够大德启动转矩，以使启动时间尽量缩短。1)1)笼型异步电动机直接启动。电动机直接启动也称全压启动，1)启动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压。一台电动机只有在满足下面三个条件之一的情况下才能直接启动。电源容量在180kVA以上，电动机容量在7.5kW以下的三相异步电动机。电动机在启动瞬间造成电网电压波动小于10%，对于不经常启变压器动的电动机可放宽到15%；如有专用变压器，其容量S变压器25P电机,电动机允许直接频繁启动。变压器满足公式【STV3+STIn44Pn式中St——公用变压器容量，kVA；PNPN电动机的额定功率，kW；Ist/In 电动机全压启动电流于额定电流之比。电动机直接启动的控制线路有手动控制、按钮与接触器控制等，如图2-1所示。直接启动的优点是启动设备简单、可靠，成本低，启动时间短，是小型电动机常用的启动方法。其缺点是对电动机和电网有一定的电流冲击。(2)Y—△减压启动控制。Y—△减压启动是指电动机启动时,把定子绕组接成Y形，以降低启动电压，限制启动电流。待电动机启动后，再把定子绕组改接成△形，使电动机全压运行。凡是在正常运行时定子绕组做△形联接的异步电动机，均可采用这种减压启动方法。电动机启动时接成Y形，加在每相定子绕组上的启动电压只有△接法的1/V3,启动电流为△接法的1/3，启动转矩也只有△接法的1/3.所以这种减压启动的方法，只使用于轻载或空载下启动。常用的Y—△减压启动控制线路有手动控制、按钮与接触器控制、时间继电器自动控制和Y—△自动启动器等几种。电动机的反转许多生产机械要求运动部件能向正反两个方向运动，如工作台的前进和后退，主轴的正转和反转，起重机的上升和下降等，这些生产机械要求电动机能够实现正反转。根据交流异步电动机的原理可知，电动机的旋转方向取决于三相交流电的相序。因此，改变电动机的旋转方向只需改变接入电动机定子绕组的三相交流电源的相序，即电动机任意两相绕组与交流电源接线互相对调即可。如图2-1a所示的倒顺开关手动正反转控制线路，当开关置于“停”的位置时，动、静触头不接触，电路不通，电动机不转；当开关置于“顺”的位置时，动触头和左边的静触头接触，电路按L1-U、L2-V、L3-W接通，电动机正转；当开关置于“倒”的位置时，动触头和右边的静触头接触，电路按L1-W、L2-V、L3-U接通，电动机反转，如图2-14b所示。有些生产机械，要求在一定的行程范围内能够自动往返运动，以便实现对工件的连续加工，提高生产效率。这就需要电气控制线路能对电动机实现自动正反转的控制。行程开关是一种能降机械信号转换成电气信号，控制运动部件或行程的自动控制电器。它和按钮一样同属主令电器，是由机械来操作控制的。由行程开关控制的工作台自动往返控制线路如图2-2所示。为了能使电动机的正反转控制和工作台的左右往返配合起来，在控制线路中设置了四个行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。SQ1、SQ2放在工作台需要往返的行程终点位置，控制工作台自动往返的行程。当工作台到达行程位置的终点时，挡铁与SQ1或SQ2发生碰撞，使其触头动作，自动换接电动机正反转的控制线路，使工作台反向运行。工作台行程由挡铁的位置来调节，两块挡铁的距离越远，行程就越长；两块挡铁的距离越近，行程就越短。SQ3、SQ4放在工作台左右往返的极限位置，用作终端保护。一般情况下挡铁只于SQ1、SQ2发生碰撞，因此SQ3、SQ4不容易损坏。一旦SQ1、SQ2出现故障时，挡铁便与SQ3、SQ4发生碰撞，使工作台的运行不超过极限位置，防止发生事故。电动机的制动电动机与电源断开后，由于转子有惯性，要经过一定的时间后才能停止。为了使电动机迅速、准确停止，必须对电动机进行制动。通常采取的方法有机械制动和电气制动，电气制动又分为反接制动、能耗制动、电容制动和再生制动。（1）机械制动。机械制动是指利用机械装置电动机在电源切断后迅速停止的方法。机械制动准确可靠，但容易磨损，应定期检查。常用的机械制动有电磁抱闸制动器制动和电磁离合器制动。1） 电磁抱闸制动器制动。电磁抱闸制动器可分为断电制动型和通电制动型两种。电磁抱闸制动器主要是由电磁铁和闸瓦制动器组成断电制动型电磁抱闸制动器其结构如图2-3所示。电磁铁包括电磁线圈和铁芯；闸瓦制动器包括弹簧、闸轮、杠杆、闸瓦和轴，闸轮与电动机转轴时刚性固定式连接。断电制动型的控制线路图如图2-4所示工作原理如下：当制动电磁铁的线圈得电时，制动器的闸瓦与闸轮分开，无制动作用；当线圈失电时，闸瓦紧紧抱住闸轮制动。断电制动型电磁抱闸制动器在起重机上广泛采用，其优点是能够准确定位，同时还可防止电动机突然断电时重物的自行坠落；缺点是不经济，制动器线圈耗电时间和电动机工作时间一样；同时在切断电源后，由于电磁抱闸制动器的制动作用，使手动调整工件痕困难，不适合普通机床。因此，一般机床上的制动常采用通电制动型电磁抱闸制动器，通电制动型的控制线路如图2-5所示：当线圈得电时，闸瓦紧紧抱住闸轮制动；当线圈失电时，闸瓦与闸轮分开，无制动作用。2）电磁离合器制动。电磁离合器制动的原理和电磁抱闸制动器的制动原理类似，其控制线路野类似。电动葫芦的绳轮常采用这种制动方法。断电制动型电磁离合器的结构示意图如图2-6所示。电磁离合器主要由制动电磁铁（包括动铁心、静铁心和激磁线圈）、静摩擦片、动摩擦片以及制动弹簧等组成。电磁铁的静铁心靠导向轴连接在电动葫芦本体上，动铁心与静摩擦片固定在一起，并只能做轴向移动而不能绕轴传动，动摩擦片通过法兰与绳轮轴由键固定在一起，可随电动机一起传转动。当电动机通电运转时激磁线圈野同时得电，电磁铁的动铁心被静铁心吸合，使静摩擦片与动摩擦片分开，于是动摩擦片连同绳轮轴在电动机的带动下正常启动运转；当电动机切断电源时，激磁线圈野同时失电，制动弹簧立即将静摩擦片连同铁心推向转动着的动摩擦片，强大的弹簧张力迫使动、静摩擦片之间产生足够大的摩擦力，使电动机断电后通过绳轮轴被制动停止转动。（2）电气制动。电气制动就是在电动机切断电源停转得过程中，采取一定的措施，产生一个和电动机旋转方向相反的电磁力矩（制动力矩），从而迫使电动机迅速制动停止转动的方法。常用的电气制动有反接制动、能耗制动、电容制动和再生制动。1）反接制动。反接制动就是用改变电动机定子绕组的电源相序来产生制动力矩，迫使电动机制动停止转动的方法。其制动原理是，电动机接通电源顺旋转磁场方向（顺时针）以n<n1的转速正常运转。当电动机需要停转时，改变电动机的定子绕组电源相序，使旋转磁场反向（逆时针），此时转子将以叫+n的相对转速沿原旋转方向切割磁场，此时转差率s〉l,在转子绕组中产生感生电流，其方向可用右手定则判断。而转子绕组一旦产生电流，受到旋转磁场的作用，产生电磁转矩，其方向可用左手定则判断，如图2-7a所示。可见次转矩方向与电动机的转动方向相反，使电动机迅速制动停止转动。单向反接制动控制线路如图2-7b所示。反接制动的优点是制动迅速，设备简单；缺点是对电动机及负载的冲击大，易损坏传动零件，制动能耗大。一般只用于小型电动机，且不经常制动的场合。值得注意的是当电动机转速接近零时，应立即切断电动机电源，否则电动机将反转。为此，在反接制动线路中，为保证电动机的转速被制动到接近零时，能迅速切断电源，防止反向启动，常利用速度继电器（又称反接制动继电器）来自动地几时切断电源。2）能耗制动。能耗制动就是当电动机切断交流电源后，立即在定子绕组的任意两相中通入直流电，迫使电动机迅速停止转动的方法其制动原理是，当电动机需要停止时，切断电动机的交流电源，这时转子仍沿原方向惯性运转，然后在电动机任意两相定子绕组中通入直流电源，使定子中产生一个恒定的静止磁场。这样做惯性运转的转子因切割磁力线而在转子绕组中产生感应电流，其方向可用右手定则来判断。转子绕组中一旦产生了感应电流，又立即受到静止磁场的作用产生电磁转矩，可用左手定则判断，如图2-8a所示。可知此转矩的方向正好与电动机的转向相反，使电动机受制动迅速停止转动。采用单相桥式蒸馄能耗制动控制线路如图2-8b所示。能耗制动的优点时制动精准、平稳且能量消耗较小。缺点是须附加直流电源装置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。因此，能耗制动一般用于要求制动精准、平稳的场合，如磨床、立式铣床等地控制线路中。3）电容制动。当电动机的电源切断后，立即在电动机定子绕组出线端接上电容，来迫使电动机迅速停止转动的方法叫电容制动。其制动原理是，当电动机需要停止时，切断电动机的交流电源，这是转子仍沿原方向惯性运转。转子内仍有剩磁，产生一个转子旋转磁场。该旋转磁场切割定子绕组线圈，产生感应电动势，通过外接电容器形成感应电流，感应电流与转子旋转磁场作用产生一个与转子旋转方向相反的制动电磁力矩，使电动机受制动迅速停止转动。电容制动线路如图2-9所示。其中电阻R1时调节电阻，用以调节制动力矩大小，电阻R2为放大电阻。经验证明，对于50Hz,380V的笼型异步电动机，制动电容器的大小为，每千瓦每相需要150uF左右。电容制动是一种制动迅速、能量耗损小、设备简单的制动方式，一般用于10kW以下的小容量电动机，特别市存在机械摩擦和阻尼的生产机械和需要多台电动机同时制动的场合。4）再生制动。再生发电制动又称回馈制动，主要用在起重机和多速异步电动机上。下面以起重机为例说明其制动原理，如图2-10所示。起重机在高处开始下方重物时，电动机转速n小于同步转速叫时，电动机处于电动运行状态，其转子电流和电磁转矩的方向如图2-10a所示。但由于重力的作用，在重物的下放过程中，会使电动机的转速n大于同步转速叫，转差率s<0，这时电动机处于发电运行状态，转子相对于旋转磁场切割磁感应线的运动方向发生了改变（沿顺时针方向），其转子电流和电磁转矩的方向都与电动机运行时的方向相反，如图2-10b所示。可见电磁力矩变为制动力矩限制了重物的下降速度，保证了设备和人身安全。对多速电动机变速时，如使电动机由2极变为4极，定子旋转磁场的同步转速叫由3000r/min,而转子由于惯性仍以原来的转速n(接近3000r/min)旋转，此时口〉叫，电动机处于发电制动状态。再生发电制动是一种比较经济的制动方法，制动是不需要改变制动线路。当条件满足时，自动地从电动运行状态转入发电制动状态，将机械能转换成电能，再回馈到电网，节能效果显著。缺点是运用范围较窄，仅当电动机转速大于同步转速时才能实现发电制动。所以常用于位能负载作用下的起重机械和多速异步电动机由高速转为低速时的情况。4.电动机的调速在实际的生产过程中往往需要改变电动机的转速，即电动机的调速控制。由异步电动机的转速公式n=n(1—s)=60f(1-s)1 p可知异步电动机的调速方法有三种：即改变磁极对数P,即变极调速；改变转差率s,即变转差率调速；改变电源频率f,即变频调速。变极调速。变极调速时通过改变定子绕组的联结方式,得到不同的磁极对数,从而改变电动机的转速。当电动机定子绕组中每相绕组的一半改变电流方向时,磁极对数成倍变化,电动机的同步转速野成倍变化。因此,它是有极调速,并且只适用于笼型异步电动机。因为定子绕组改变磁极对数时,要求转子的磁极对数也随之变化,而笼型异步电动机转子磁极对数能随着定子绕组磁极对数的改变自动进行变化，而绕线转子异步电动机转子的磁极对数是固定的。凡是磁极对数可以改变的电动机称为多极电机，常见有双速、三速、四速等。多速电动机还可分为倍极调速（如2/4、4/8极）和非倍极调速（如4/6、6/8极）两种。一般三速及三速以上的电机和非倍极多速异步电动机需要嵌放多套绕组。双速电机常见的转换形式有YY/△和YY/Y两种OYY/△调速前后电动机输出功率近似不变,适用于恒功率负载，如金属切削机床；YY/Y调速前后电动机输出转矩不变，适用于恒转矩负载，如起重设备。这两种方法均属于反向变极调速，变速后，要改变电源的相序，才能保证调速前后电动机的旋转方向不变。按钮、时间继电器控制YY/A双速电机线路如图2-11所示。变极调速的优点是所需设备简单；缺点是电动机绕组引出线较多属于有极调速，极数少。变极调速一般不单独使用，常与机械调速结合起来，以扩大机械调速范围。（2）变转差率调速。变转差率调速的方法有两种，一种是改变定子绕组的电压，这种方法适用于风机类负载，机械特性曲线较软，需要速度反馈来稳定转速；另一种是改变转子回路电阻，适用于绕线转子电动机，其方法和绕线转子电动机转子回路串电阻器启动类似。这种调速方法简单方便，但机械特性曲线较软，外接电阻越大，特性曲线越软，外接电阻上要消耗功率，使电动机效率降低。主要用于起重、运输机械等调速。改变转子回路电阻调速虽然和转子串电阻器启动时一样的，但启动用的电阻和调速用的电阻的功率不一样。调速电阻功率大，可用于启动，但启动该电阻功率一般较小，不能用于调速。（3）变频调速。变频调速时通过改变电源的频率达到改变电动机转速的目的，主要有恒磁通控制、恒电流控制和恒功率控制三种方式。应用最广的是恒磁通调速，也称恒转矩调速。当转速往上调节，大于电动机额定转速时，一般应采用恒功率调速。变频调速的优点是质量轻、体积小、效率高，价格也在逐步下降。随着计算机技术的发展，采用矢量控制技术，异步电动机调速的机械特性曲线可以向直流电动机调速一样硬，是目前交流调速的发展方向二、交流电动机的检修故障分析和检查三相异步电动机的故障是多种多样的，产生的原因野比较复杂。检查电动机时，一般应按照先外后里、先机后电、先听后检的顺序进行。先检查电动机的外部是否有故障，后检查电动机内部；先检查机械方面，后检查电气方面；先听使用者介绍使用情况，后动手检查。这样才能正确、迅速地找出故障原因。先对电动机的外观、绝缘电阻、电动机外部接线图等项目进行详细检查，如未发现异常情况时，可对电动机做进一步的通电试验，将三相低压（30%Un）通入电动机的三相绕组并逐步升高，当发现声音不正常、有异味或转不动时，应立即断电检查。如果启动时未发现问题，可测量三相电流是否平衡，电流大德一相可能绕组短路；电流小得一相可能是多路并联绕组中的支路断路。若三相电流平衡，可使用电动机运行l-2h，随时用手检查铁心部位及轴承端盖，发现烫手应立即停止检查。如果线圈过热，则是绕组短路；铁心过热则是绕组匝数不够，或铁心硅钢片间的绝缘有损坏。以上的检查均应在电动机空载的情况下进行。通过上述检查，确认电动机内部有故障，可拆开电动机做进一步检查。（1）检查绕组部分。查看绕组端部有无积尘和油垢，检查绕组绝缘、接线及引出线有无损伤或烧伤，烧伤处的颜色会变成暗黑色或烧焦，还有焦臭味。烧坏一个线圈中的几匝线圈，可能是匝间短路造成的；烧坏几个线圈，多半是相间或连接线的绝缘损坏所致；烧坏一相，多为△形接法中一相电源断路所致；烧坏两相，则是一相绕组断路所致；若三相全部烧坏，大都由于长期过载或启动时转子堵转造成的，也可能是绕组接线错误引起的。（2）检查铁心部分。查看转子、定子表面有无擦伤的痕迹。若转子表面只有一处擦伤，而定子表面有一圈擦伤，大都是由于转子弯曲或转子不平衡造成的；若转子表面有一圈擦伤，而定子表面只有一处擦伤，大都是由于转子和定子不同心造成的，转子和定子由于机座或端盖止口变形或轴承严重磨损使转子下落造成不同心；若定子和转子表面均有局部擦伤时由上面两种原因共同造成的。（3） 检查轴承部分。查看轴承的内、外套与轴颈识配合是否合适，同时也要检查轴承的磨损情况。（4） 检查其他部分。查看风扇扇叶是否损坏变形，转子断环有无断裂，用短路测试器检查导条有无断裂。定子绕组故障的检修绕组时电动机的心脏部位，是最容易损坏、容易造成故障的部件。常见故障有绕组接地、绕组短路、绕组断路、绕组接错嵌反等。（1）绕组接地故障的检修。电动机定子绕组与铁心或机壳间因绝缘损坏而相碰称为接地故障。出现接地故障会使机壳带电，引起触电事故。造成的原因有受潮、雷击、过热、机械损伤、腐蚀、绝缘老化、铁心松动或有毛刺以及绕组制造工艺不良等。常用的方法有兆欧表法和校灯法。用兆欧表检查各绕组对铁心或机壳的绝缘电阻应在0.5MQ以上，绝缘电阻小于0.5MQ说明绝缘很差，绝缘电阻为零则说明绕组已经接地；指针摇摆不定说明绝缘以被击穿。用校灯法检查各绕组对铁心或机座绝缘时，用一个36V灯泡和36V低压电源连接，并逐一连接各绕组的机壳，如果灯泡发光，则该绕组接地，反之则说明该绕组绝缘良好。若绝缘很差，一般是绕组严重受潮或污染。可先清除污物，再进行烘干，待绝缘电阻达到0.5MQ以上后，重新浇绝缘漆，并进行烘干。绕组已经接地，并接地点在槽口或槽低线圈出口处或端部明显处，可用绝缘物垫入接地处或用绝缘带包扎，排除故障后重新涂上绝缘漆并烘干。若接地点发生在槽内，则需要更换绕组或用穿绕修补法修复。所谓穿绕修补法就是先将定子绕组在烘箱内加热到80T00°C，使线圈外部的绝缘软化，再打出故障线圈的槽楔，用断线钳将该线圈两端剪断，将线圈的上、下层从槽内一根一根地抽出。原来的槽内绝缘是否需要更换，应根据具体情况决定。用比原线圈略长的同规格导线在槽内来回穿绕，匝数应和原线圈匝数相同。到最后穿绕困难时，可用竹签做引导棒帮组穿绕。若实在无法穿绕，少几匝也可以。穿绕修补后，再进行接线、浸漆和烘干，恢复绝缘。（2）绕组短路故障的检修。绕组短路是电源电压过高、电动机驱动的负载过重、电动机使用过久或受潮污染造成定子绕组绝缘老化和损坏而引起的。包括匝间短路和相间短路。相间短路可用兆欧表或万用表检测；匝间短路可用直观法、空载电流法、直流电阻法和短路测试器法。1） 直观法就是使电动机空载运行一段时间（10-30min）,然后拆开电动机端盖，抽出转子，用手触摸定子绕组有无发热现象或观察线圈绝缘有无变色、烧焦或用鼻子闻有无焦臭味，若有则说明有匝间短路故障。2） 空载电流法就是用钳形电流表测量空载电流，空载电流明显偏大的一相有匝间短路故障。3） 直流电阻法就是用电桥测量绕组的直流电阻，直流电阻明显偏小的一相有匝间短路故障。4） 短路测试器法就是用短路测试器检查，查找匝间短路。因为用空载电流法和直流电阻法来检查匝间短路准确性不高，可能出现误判断，也不容易判断哪个线圈有匝间短路，在电动机修复中经常采用短路测试器。短路测试器也称短路侦察器，是一个特殊的开口变压器，其铁心不是自成闭合回路，而是U形，如图2-12所示。铁心用硅钢片叠成，励磁绕组和变压器一次侧一样用漆包线绕制再经绝缘处理后套在铁心上，匝数1000多匝，直径一般为0.2mm左右，接36V低压交流电源。铁心开口处的形状应能与被测绕组所在的铁心有比较紧密的配合，空隙不宜过大。测试时，将短路测试器励磁绕组接36V交流电源，沿铁心槽口逐槽移动，当经过短路的线圈时，相当于变压器二次侧短路，电流表读数明显增大，从而判断匝间短路的线圈。也可以用一个钢片放在被测线圈的另一边所在槽口处，若线圈匝间短路，短路电流周围的此次形成的磁感线经过铁心和钢片形成回路，钢片会发生震动并产生声音。用短路测试器时应注意以下几点：第一，要注意安全；第二，测量△联接的电动机时定子绕组引线要断开，绕组为多路并联时要降并联支路断开；第三，绕组为双层绕组时，由于一个槽中有不同线圈的两个边，应分别将钢片放在左右两边相隔一个节距的槽口上进行测试以便确定是哪个绕组匝间短路，如图2-13所示。绕组发生短路故障一般很难发现，往往时绕组烧损后才知道，因此，这类故障往往需要视故障情况全部或部分更换绕组，可用穿绕修补法更换部分绕组或重新绕制定子绕组。（3）绕组断路故障的检修。电动机定子绕组内部接线、引出线等断开或接头松脱造成的故障称为绕组断路故障。这类故障大都发生在绕组端部的槽口处，检查时可先查看各绕组的连接线处和引出头处有无烧损、焊点松脱和熔化现象。绕组断路故障一般用万用表、电桥或伏安法逐一测量各绕组的电阻值，电阻较大的一相存在断路。如无法确定断路点时，可从该相绕组中间一半的连接处剖开绝缘，分段测试，逐步缩小范围，最后找到故障点。对于引出线或连接头扭断、脱焊等引起的故障，找到故障点后重新焊接和包扎；如果断路发生在槽口处或槽口内，难以焊接时，可用穿绕修补法更换个别线圈；如果故障严重难以修补时应重新绕线。（4）绕组接错、嵌反故障的检修。绕组接线错误或某一线圈嵌反时会引起电动机的震动，发出较大的噪声，电动机转速低甚至不转。同时电动机三相电流严重不平衡，是电动机过热，导致熔丝熔断或绕组烧损。绕组接线错误或嵌反的故障通常可分为两种，一种是外部接线错误，另一种是某一极相组接错或几个线圈嵌反。检查方法一般是先拆开电动机，取出转子。将低压直流电（10V以内，不超过绕组额定电流）逐步加在三相定子绕组的每一相上（Y形接法，电源连接中性点和绕组出线端；△形接法必须断开联接）,用指南针沿定子内圆移动，如果接线正确，则指南针经过每一极相组时，就南北交替变化，如图2-14所示；如果指南针在某一极相组的指向与图示方向相反，则表示该极相组接反；如果指南针经过同一极相组的不同位置时，南北指向交替变化，说明该极相组中个别线圈嵌反。找出故障点后，将错误部位的接线加以纠正后重新做上述实验，知道全部正确为止。转子绕组故障的检查（1）笼型转子故障的检查。笼型转子的常见故障是断条。断条后的电动机一般能空载运行，加上负载后，电动机转速将降低甚至停转。用钳形表检查三相电流时，指针往返摆动。转子断条故障一般用短路测试器检查，如图2-15所示。将短路测试器放在转子铁心槽口上，沿转子周围逐槽移动，正常情况下，显示短路电流，若经过某一槽口时，电流明显下降，则表示该处的导条断裂。野可以在导条端环两端加几伏的交流电压，用钢片沿转子各导条测试，当某一处导条不吸引钢片时，则说明该处导条断裂。转子导条断裂一般难以修理，通常时更换转子。（2）绕线转子故障检查。绕线转子的结构一般和定制结构类似，检查、修理方法步骤也相似。修复后的检查与试验为保证电动机的修理质量，对已修复的电动机，应进行一些必要的试验。试验大致包括以下几个项目：绕组冷态直流电阻的测定；绝缘电阻测试试验；耐压试验；空载试验；温升试验等。（1）试验前的检查。修复后的电动机在试验开始前，首先应进行一般性检查。一般性检查包括：检查电动机的装配质量，各部分的紧固螺栓是否旋紧，引出线的标记是否正确，转子转动是否灵活等。此外，还要检查各绕组接线是否正确，电刷与集流装置接触是否良好，电刷的位置是否正确，在刷握中是否灵活等。确认电动机的一般性检查良好，方可进行试验（特别是通电试验）。（2）绕组冷态直流电阻的测定。绕组的冷态直流电阻，按电动机功率的大小，可分为高电阻与低电阻：电阻在10Q以上的为高电阻，在10Q以下的为低电阻。高电阻可用单臂电桥测量，测量低电阻必须用精度较高的双臂电桥。测量电阻时，应测量绕组的温度，然后再按下列换算为15°C时的标准电阻值：Ri5= Rt （Q）1+a（t-15）式中：R15——绕组在15C的电阻值，Q；Rt——绕组在tC（测量时的温度）时的电阻值，Q；a——导线的电阻温度系数，铜的a=0.004,铝的a=0.00385；t――测量电阻时的温度，C。绕组的每相电阻与以前测得的数值或出场时的数据相比较，其差别不应超过2%-3%，平均值不应超过4%。对三相绕组，其不平衡度小于5%为合格。如果电阻相差过大，则焊接质量有问题，尤其在多路并联的情况下，可能会使一个支路脱焊。如果三相电阻数值都偏大，则表示线径过细。（3）绝缘电阻测试试验。电动机的绝缘部分是比较容易损坏的，电动机绝缘不良，将会烧毁绕组或造成电动机外壳带电。若接地不良，将会造成触电事故。所以经常修理的电动机（或是尚未使用过的电动机），在试验之前都要经过严格的绝缘电阻测试试验，以保证电动机的安全运行。绝缘电阻的测试包括各个绕组与外壳之间的绝缘电阻，绕组与绕组之间的电阻。测量绝缘电阻一般使用兆欧表。绕组额定电压在500V以下的，应选用500V的兆欧表；绕组额定电压在500-3000V之间的，应选用1000V的兆欧表；绕组额定电压在3000V以上的，则应选用2500V的兆欧表。三相异步电动机的绝缘电阻值不得低于0.5MQ。如果低于0.5MQ必须先经干燥处理之后，方可进行通电运转和耐压试验。大型电动机测定绝缘电阻时，应判断是否受潮，还要做出绝缘吸收试验。即用兆欧表连续不断测量lmin（120转/min）。记录lmin的绝缘电阻值R60，再用同样方法测量15s的绝缘电阻值R15，R6o/R15的比值叫做吸收比，吸收比大于1.3可以认为是绝缘干燥，否则认为以受潮。（4）耐压试验。耐压试验包括绕组对地，绕组之间以及匝间的绝缘强度试验。通常用50Hz的高压交流电进行测试，看绕组能否经受一定的高压且不被击穿。耐压试验，可以发现绝缘在局部或整体中所存在的缺陷。因为这种缺陷的发展要比绝缘普遍劣化发展的快，在运行中易造成绝缘击穿的故障，所以每台修复后的电动机都应当做耐压试验。1）绕组对地和绕组间的耐压试验。每一个独立绕组，都应当轮流做对机壳的绝缘试验。此时，试验电源的一极接在被试绕组的引出线端，而另一极则接在电动机的接地机壳上。在测试一个绕组时，其他绕组在电气上都应与接地机壳连接。试验所需要的高电压一般通过升压变压器来获得，也可利用同样变压比的电压互感器。在升压变压器的低压侧接一个电压表和一个电流表，并通过一个自耦变压器将低压电源接到升压变压器的低压侧。试验时，合上开关接通电路，调节自耦变压器使升压变压器二次得到所需要的高压（试验开始时的电压应不超过试验电压的1/3）。增大电压时，要逐渐地或阶段地（不超过全值的5%）进行。试验电压由半值升高到全值的时间应不小于10s，全值试验电压保持1min后降为全值的1/3，然后电源切断。在试验间应密切注意电压、电流的变化，有无打火、放电的声音。若电流上升加快，应立即把试验电压降到零，停止试验。大型电动机在包绝缘、嵌线、接线的过程中，为了及时发现缺点防止返工，各工序都要进行耐压试验。试验电压见表2-1和2-2。表2-1 定子试验电压(V)试验阶段1kW以下半闭口槽电动机1k-3kW半闭口槽电动机3kW以上半闭口槽电动机3k-1000kW开口槽电动机线圈绝缘后未嵌线——————2.75Ue+4500嵌线后未接线2Ue+10002Ue+20002Ue+25002.5Ue+2500接线后未浸漆2Ue+7502Ue+15002Ue+20002.2Ue+2000总装后2Ue+5002Ue+10002Ue+10002Ue+1000注：Ue—电动机额定电压。表2-2 转子试验电压(V)试验阶段不可逆转子可逆转子包绝缘未嵌线2Uk+30004Uk+3000嵌线后未接线2Uk+20004Uk+2000接线后未浸漆2Uk+15004Uk+1500总装后2Uk+10004Uk+1000注：Uk—转子绕组开路电压。如果线圈时局部修理，试验电压可以低一些，一般总装后低压电动机的耐压值为Ue+500V,高压电动机为Ue,不得低于上表试验电压的50%.对于电压在380V以下的电动机,如果没有试验设备,可用电压为1000V的兆欧表做耐压试验，摇动测量lmin。进行耐压试验时,必须注意安全。高压试验设备的电源电压要保持稳定。各试验设备、仪表、操作设备都应该可靠接地。2）匝间耐压试验。匝间耐压试验在电动机空载试验以后进行，试验时把外加电压（电动机）或发出电压（发电机）增加到额定电压的130%，持续运行5min。对于曾经使用过的或绕组绝缘局部更换过的电动机，可运行1min。绕线转子异步电动机的匝间耐压试验，应在转子固定和开路时进行。这时，加于定子绕组的试验电压要高于额定电压的30%，转子绕组中所感应的电压也就高于额定电压的30%。这样就同时对定子、转子绕组进行了匝间耐压试验。（5）空载试验。在嵌线、接线工艺不熟练，或绕组数据改变后，应做空载试验。试验过程中注意空载电流的变化。三相电流不平衡应不超过10%。通常空载电流应符合表2-3的要求。如果电流超过表中的范围，应适当增加线圈匝数；反之则应适当减少线圈匝数。表2-3 电动机空载电流与额定电流百分比磁极对数0.125(kW)0.55(kW)以下2.2(kW)以下10(kW)以下55(kW)以下270-9550-7040-5530-4523-35480-9665-8545-6035-5525-40685-9770-9050-6535-6530-45890-9875-9050-7037-7035-90在空载试验中，还应检查电动机是否有噪声、振动，检查轴承、铁心的发热程度等。第二节直流电动机一、直流电机的基础知识直流电机的分类、结构与原理在现代工业中，直流电机仍占有重要地位。直流电机具有可逆性，它可以做发电机，将机械能转换为直流电能；作为直流电源，也可以做直流电动机，将直流电能转换为机械能。（1）直流电机的结构。直流电机可分为定子和转子两大部分。定子和转子之间的空隙称为气隙。1）定子部分。直流电机定子部分的主要作用是产生磁场和作为机械的支撑。主要包括机座、主磁极、换向磁极、端盖和轴承以及电刷装置。机座。机座有两个作用，一方面起导磁作用，作为电机磁路的一部分；另一方面起支撑作用，用于安装主磁极，并通过端盖支撑转子。机座一般用导磁性能较好的铸钢或钢板焊接而成，野可以用无缝钢管加工而成。主磁极。主磁极时用来产生电机工作的主磁场，它由主磁极铁心和励磁绕组组成。主磁极铁心为电机磁路的一部分，一般由钢板冲制后叠加而成，但是目前常采用晶闸管整流电源作为直流电机的直流电源，它不是纯直流，含有交流谐波，为减少交流谐波在主磁极和机座中造成的涡流损耗，现在普遍采用厚度为0.5mm，表面有绝缘层的硅钢片制作主磁极铁心和定子铁轭。主磁极绕组的作用是通入直流电产生励磁磁场，小型电机用电磁线绕制，大中型电机则用扁铜线绕制。绕组经绝缘处理后，套在主磁极铁心上，整个主磁极再用螺栓紧固在机座上。换向磁极。换向磁极时位于两个主磁极之间的小磁极，又称为附加磁极。其作用是产生换向磁场，改善电机的换向。它由换向磁极铁心和换向磁极绕组组成，换向磁极铁心一般用整块钢或钢板制成。在大型电机和用晶闸管供电的功率较大的电机中，为了能更好的改善电机换向，换向磁极铁心也应采用硅钢片叠片结构。换向磁极绕组和主磁极绕组一样制作，套装在换向磁极铁心上，左后固定在机座上。换向磁极绕组应当与电枢绕组串联，而且极性不能接反，小型直流电机换向不困难，一般不用换向磁极。电刷装置。电刷装置的作用是通过电刷与换向器的滑动接触，把电枢绕组中的电动势（或电流）引到外电路，或把外电路的电压、电流引入电枢绕组。电刷装置由电刷、刷握、刷杆座和压力弹簧等组成。电刷要有较好的导电性和耐磨性，一般用石墨粉压制而成，电刷放在刷握中的刷盒内，利用压力弹簧把电刷压在换向器上，刷握固定在刷杆上，借铜丝软接线把电流从电刷引到刷杆上，再由导线接到接线盒中的端子上。通常，刷杆是由绝缘材料制成的，刷杆固定在刷杆座上，称为一个相互绝缘的整体部件。2）转子（电枢）。转子通称电枢，是产生感应电动势、电流、电磁转矩，实现能量转换的部件。它由电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇和轴组成。电枢铁心。电枢铁心是直流电机主磁路的一部分，在铁心槽中嵌放电枢绕组。电枢转动时，铁心中德磁通方向不断变化，会产生涡流和磁滞损耗。为了减少损耗，电枢铁心一般采用厚度为0.5mm的表面有绝缘层的硅钢片叠压而成。电枢铁心外圆均匀地分布者嵌放电枢绕组的槽，轴向有轴孔和通风孔。电枢绕组。电枢绕组的作用是通过电流产生感生电动势和电磁转矩实训能量转换。电枢绕组又圆形或矩形截面的绝缘导线绕制而成再按一定的规律嵌放在电枢铁心槽内，利用绝缘材料进行电枢绕组和铁心之间的绝缘处理。并对绕组采取紧固措施，以防旋转时由于离心力被抛出。换向器。换向器的作用是将电枢中的交流电动势和电流，转换成电刷间的直流电动势和电流，从而保证所有导体上产生的转矩方向一致。换向器由许多特殊形状的梯形铜片和起绝缘作用的云母片一片隔一片地叠成圆筒形，凸起的一端称为升高片，用来与电枢绕组端头相连；下面有燕尾槽，利用换向器套筒、V形压圈及螺旋压圈将换向片及云母片紧固成一个整体；在换向器套筒、V形压圈之间用V形云母环绝缘，最后换向器压在转轴上，这种属于装配式。在中、小型直流电机中常用的一种是整体式，它把铜片热压在塑料基体上，成为一个整体。转轴。转轴是用来传递转矩，为了使电机能可靠的运行，转轴一般用合金钢锻压加工而成。风扇。风扇是用来降低运行中电机的温升。（2）直流电机的工作原理1）直流电动机的基本工作原理。在外加电压的作用下，在电枢绕组的导体中形成电流，通电导体受定子磁场的作用力使电枢旋转。通过换向器，当导体进入异性磁极时，导体中德电流也改变了方向，使直流电动机获得单方面的电磁转矩；通过换向片使处于磁极下不同位置的导体串联起来，使其电磁转矩相叠加而获得几乎恒定不变的电磁转矩，使直流电动机能连续运行，把直流电能转换为机械能输出。2）直流发电机的基本工作原理。在外力作用下，电枢旋转使导体切割磁感线产生交变感应电动势。通过换向器使电枢绕组产生的交变电动势为电刷间的单向脉动电动势；又由于采用处于磁极下不同位置的通电导体串联而使感应电动势相叠加而获得几乎恒定不变的直流电动势，使直流发电机能输出连续恒定的直流电压，将机械能转换为直流电能。此外，直流电机的运行是可逆的。当它作为发电机时，通过外加转矩驱动转子旋转，绕组中产生感应电动势，接通负载以后提供直流电流，将机械能转换为电能；当它作为电动机时，通过外加电压在绕组中产生电流，通电导体在磁场中受到磁力作用，产生电磁转矩驱动电枢旋转，将电能转换为机械能。（3）直流电机的分类。按照直流电机主磁场的不同，一般直流电机可分为两大类，一类是由永磁铁作为主磁极，另一类是给主磁极绕组线圈中通入直流电流而产生的主磁场。后者按照主磁极绕组和电枢绕组接线方式的不同又可分为他励和自励。自励又可分为并励、串励和复励。复励又分为积复励和差复励。1）永磁电机。这类电机采用永磁体作为主磁极，在永久磁场中实现机电能量的转换。由于永磁磁场比电磁场复杂，且形式多样，永磁电机的磁路有着与其他电机不同特性。特别是钕铁硼稀土金属材料的出现，使永磁电机的性能得到了很大的提高，小至毫瓦级，大到1000kW以上，覆盖了微型、小型及中型电机的功率范围，并且延伸到大功率领域，已经成为电机中新兴的一族。2） 他励电机。他励直流电机的励磁电流可由其他的直流电源提供与电枢绕组互不相连，励磁电流的大小由励磁电源电压和串联的可调电阻决定。3） 自励电机。自励直流电机的励磁电流由电机本身提供，不需要外部电源。按照励磁绕组和电枢绕组的连接关系科分为以下三种：并励电机。励磁绕组和电枢绕组并联，通过与励磁绕组串联可调电阻来调节励磁电流。特点是励磁绕组匝数多，导线截面积小，励磁电流时电枢电流的一小部分。串励电机。励磁绕组和电枢绕组串联，通过与励磁绕组串联可调电阻来调节励磁电流。特点是励磁绕组匝数少，导线截面积大，励磁电流和电枢电流相等，励磁绕组上电压降小。复励电机。复励电机主磁极上有两个励磁绕组，其中，一个和电枢绕组并联，另一个和电枢绕组串联。当两个绕组产生的磁通方向一致时，称为积复励直流电机。当两个绕组产生的磁通方向相反时，称为差复励直流电机。直流电机的换向（1）主磁极磁场。主磁极的几何中线性是指通过电枢中心的异性主磁极之间的平分线；主磁极的物理中性线是指通过电枢中心，并与电枢铁心的磁感线相垂直的直线。在电枢电流为零时，集合中性线与物理中性线重合，几何中性线处的磁通为零。（2）电枢反应。当电机在负载下运行时，电枢绕组中有负载电流流过，电枢绕组中电流产生的磁场称为电枢磁场，电枢磁场的方向和主磁极磁场的方向垂直。电机负载运行时，主磁极磁场和电枢磁场同时存在，它们之间相互影响，把电枢磁场对主磁极磁场的影响称为电枢反应。直流电机气隙中的磁场是主磁极磁场和电枢磁场叠加后的磁场。合成磁场发生畸变，主磁极磁场被削弱，物理中性线偏转B角，对电动机是逆电枢旋转方向，对发电机则是顺电枢旋转方向。使得几何中性线处的磁通不再为零，给换向带来困难，增加换向火花。电枢反应对直流发电机和直流电动机均不利，必须采取一定措施来减少电枢反应的影响。（3）直流电机的换向过程。直流电机旋转时，电枢绕组元件的有效边越过磁极中性线，从一个磁极下进入到另一个极性相反的磁极下电枢绕组元件从一条支路经过电刷进入另一条支路，该元件中的电流方向发生改变，被称为换向。元件中的电流从i变到一i的过程称为换向过程，该过程经历的时间称为换向周期。由于支路电机的转速一般都很高，所以换向周期非常短，只有千分之几秒，在这个很短的时间里电流从i变到一i，换向元件本身具有电感性，能够产生自感电动势阻止电流换向，造成电刷和换向器表面产生火花。（4）换向火花及其产生原因。由于电枢反应和换向时的自感电动势及其他一些原因，直流电机在运行时，在电刷与换向器的表面产生火花，火花通常出现在后刷边（换向器离开电刷一侧）。如果火花在电刷上的范围小，呈微弱的浅蓝色，对电机运行没有什么危害。如果火花在电刷上的范围较大，比较明亮，呈白色或红色，则对电机的运行会带来危害，会使电刷和换向器的表面灼伤，最后导致电机不能正常工作。为了衡量火花的大小程度，我国电机基本技术标准中规定了火花的等级，见表2-4.对于一般的直流电机，在额定负载运行时，火花等级不应大于1%级；2级火花仅允许电机在过载、启动或反转时瞬间出现，不允许长时间存在；3级火花一般不允许出现。表2-4 直流电机的火花等级火花等级电刷下的火花程度换向器及电刷的状态1没有火花换向器上没有黑痕，电刷不发热1%电刷下面有小部分发出微弱的点状火花1%在一大半电刷下（大于1/2刷边长）有轻微的火花换向器上有黑痕，用汽油擦其表面即能除去，同时电刷会发热2在全部电刷边缘上均有火花（仅在短时间过载或启动时允许）长时间会使换向器表面上会有黑痕，用汽油不能擦除，同时电刷会发热，有灼痕3在电刷整个边缘有强烈的火花，且火舌向外飞溅，并伴有爆裂的声音换向器表面上有很大的黑痕，用汽油不能擦除，同时电刷可能烧毁产生火花主要是电磁方面的原因。由于换向元件中的电流迅速从i变到一i,将产生一个自感电动势来阻止电流的变换；如果有几个元件同时换向还会产生互感电动势，来阻碍电流的变化。其次，由于电枢反应，物理中性线偏转B角，使处在几何中性线上的换向元件处的磁场不为零，仍要切割磁感线来产生感应电动势，称为换向电动势，也会阻碍电流的变化。这些方面相同的电动势在被电刷短路的换向元件中产生附加电流，且存储着一定大小的磁场能量。当被短路的换向片离开电刷时，短路回路断开，在换向元件中存储的能量释放出来，于是在电刷和换向器之间产生了火花。除此以外，还有机械和化学的原因。换向器偏心，换向器表面不平滑。电刷与换向器接触不良，换向器表面的氧化亚铜薄膜受到破坏等，都会引起火花。另外，工作条件不好，电机振动过大，尘埃、化学气体较多的地方，电机过负载或负载急剧变化等，也会引起火花。（5）改善换向的方法。要改善换向，首先要设法消除换向元件中的感生电动势。在一般直流电机中，常用的方法是加装换向磁极，换向元件切割换向磁场产生换向磁极，电动势抵消阻碍电流变化的感生电动势的影响，从而达到消除火花的目的。换向磁极一般比主磁极小，装在主磁极几何中性线上，方向应和电枢反应磁场方向相反，对于发电机则是顺着电枢旋转方向与下一个主磁极的磁性相同。由于电枢磁场和换向元件的感应电动势都与电枢电流成正比，所以换向极绕组必须和电枢串联，使换向磁场正比与电枢电流。换向极的磁通应不饱和。另一种方法是合理选择电刷，增大换向元件回路中的电阻值，可以减少附加电流。电刷与换向器表面的连接电阻尽量大一些，同时电刷的耐磨性要好。直流电机中一般采用石墨电刷；低压大电流直流电动机一般采用金属石墨电刷。对于换向特别困难的直流电机采用分列式电刷，即一个电刷由几块组成，以增加换向回路的电阻。二、直流电动机的控制直流电动机的启动直流电动机启动瞬间，由于n=0,Ea=0,启动电流Ist=U很大，Ra达到额定电流In的10-20倍。启动电流过大将引起强烈的换向火花、烧损换向器；产生过大的冲击转矩、损坏传动机构；引起电网电压波动，影响供电的稳定。因此，必须设法限制启动电流。常用的启动方法有降压启动和电枢回路串电阻启动两种。（1） 降压启动。在直流电动机的启动瞬间，给电动机加上较低的电压，以后随着电动机转速的升高，逐步增加直流电压值，知道电动机启动完毕，加在电动机上的电压即为额定电压。用减压启动时应注意，启动时必须加上额定的励磁电压，使磁通一开始就是额定值，否则电动机的启动电流虽然比较大，但启动转矩小，电动机仍无法启动。目前一般采用晶闸管可控整流电路作为直流电动机的可调电压电源。减压启动所需设备复杂，价格较贵，但在启动过程中无能量耗损，适用于需要经常启动的场合，如起重和运输机械。（2） 电枢回路串电阻启动。在直流电动机启动时，可以在电枢回路中串接电阻，使启动电流不超过允许值，随着转速的升高，电动势升高，电枢电流减小，再逐步减少启动电阻值，知道电动机稳定运行后，再将启动电阻全部切除。通常把启动电流限制在（1.5-2.5）In的范围内来选择启动电阻的大小。一般150kW以下的直流电动机启动电流取上限，150kW以上的直流电动机电流取下限。电枢回路串电阻启动方法所需设备简单，价格较低，但在启动过程中，启动电阻有能量消耗，适用于小型直流电动机或容量稍大，但不需要经常启动的场合。直流电动机的反转要改变直流电动机的旋转方向，就必须改变电动机的电磁转矩方向，电磁转矩的方向取决于主磁极磁通和电枢电流的相互作用，所以改变直流电动机旋转方向的方法有两种：一种是改变励磁电流的方向；另一种是改变电枢电流的方向。如果同时改变励磁电流和电枢电流的方向，直流电动机的方向不会发生改变。对于并励直流发电机，由于励磁绕组匝数多、电感大，进行反接时因为电流突变，将会产生很大的自感电动势，危及电动机和电器的绝缘安全，因此，一般采用电枢反接法。将电枢绕组反接的同时必须连同换向极绕组一起反接，以达到改善换向的目的。串励直流发电机的反转，仅改变端电压是不行的，还必须改变励磁电流的方向或电枢电流的方向，才能改变电磁转矩的方向，从而实现电动机的反转。直流电动机的制动和交流电电动机一样，直流电动机在工作中也需要制动。直流电动机的制动和交流电动机一样，也分为机械制动和电气制动。其中机械制动与三相交流电动机类似，电气制动可分为再生制动、能耗制动和反接制动。（1）再生制动（回馈制动、发电制动）。再生制动是电动机在外力作用下，其转速n超过了理想空载转速no。由Ea二Ce①n可知，如果电动机的主磁通①不变，则Ea〉U,此时电动机处在发电状态下运行，即la与Ea的方向相同，这时电动机把机械能转换成电能，反送到电网中去，并产生制动转矩，从而限制电动机的转速。再生制动的优点是产生的电能可回馈到电网中去，使电能被利用，简单经济可靠。缺点是再生制动只能发生在n〉no的场合。再生制动只适用于并励或他励直流电动机。（2） 能耗制动。能耗制动是把电动机的电枢绕组从电源上切除后，串接一个制动电阻，同时让主磁极绕组继续接在电源上，并产生恒定的主磁通。电动机依靠惯性继续旋转，电枢绕组切割主磁通产生电动势，在制动电阻上产生电流，将转子的机械能转换成电能，电能最终转化成热能消耗在制动电阻上。此时电动机电枢电流的方向与电动机运行状态相反，产生的电磁力矩是制动力矩，从而使电动机迅速停止运转。能耗制动的优点是所需设备简单，成本低，制动减速平稳可靠。缺点是能量无法利用，白白消耗在制动电阻上；能耗制动的制动转矩随转速变慢而相应减少，但制动时间较长。（3） 反接制动。改变电枢绕组上的电压方向，使电枢电流方向改变或者改变励磁电压的方向，使励磁电流方向改变，从而使电动机得到反力矩，产生制动作用。当电动机速度接近零时，迅速脱离电源，实现直流电动机的反接制动。电动机在电压反接瞬间，电枢的转动速度未变，反电动势Ea的数值未变，而外加电压5的方向与Ea相同，故在该瞬间加在电枢绕组上的电压为UN+Ea~2UN,将产生很大的冲击电流，使电刷与换向器表面产生强烈的火花而损坏；并且机械冲击力太大,容易损坏转轴。所以反接制动时,一定要在电枢回路中串接电阻以限制电枢电流la的大小。必须指出，在反接制动时，励磁应当保持不变，当电动机转速下降到100r/min时应立即切断电源，以防电动机反转。反接制动的优点是制动转矩比较恒定，制动较强烈，操作比较简单。缺点是需要从电源吸收大量的电能，而且对机械负载有较强的冲击作用。直流电动机的调速从并励直流电动机的机械特性公式兀=_「-一Ra一T可以看出,Ce①CeCM①彳并励或他励电动机调速的方法有三种：改变电枢电压U、改变主磁通①、改变电枢回路串电阻Ra。（1）改变电枢电压调速。在其他参数不变的条件下，改变电枢电压U,使空载转速no改变，可以得到不同空载转速no的平行直线，如图2-16a所示。在相同负载的条件下，不同的电枢电压所对应的转速也是不同的。改变电枢电压调速的特点：1） 改变电枢电压调速时，机械特性曲线的斜率不变，所以调速的稳定性好。2） 电压可以连续变化，调速的平滑性好，调速范围宽。3） 属于恒转矩调速，不允许电压超过额定值，只能从额定电压值往下降低电压调速，即只能减速。4） 电源设备的投资费用较大，但电能损耗小，效率高。还可用于减压启动。（2）改变电枢回路电阻调速。在其他参数不变的条件下，改变电枢回路串联电阻RPa，使特性曲线的斜率改变，而空载转速n。保持不变，如图2-16b所示。在负载相同的条件下，串入不同的电枢电阻，所对应的转速时不同的。改变电枢回路电阻调速的特点：1） 设备简单，投资少，只需增加电阻和切换开关，操作方便。小功率电动机中的用得比较多，如电气机车等。2） 属于恒转矩调速，转速只能由额定值往下调。3） 只能分级调速，调速平滑性差。4） 低速时，机械特性很软，转速受负载影响变化大，电能损耗大，经济性差。并励直流电动机电枢回路串电阻调速和启动的控制线路是一样的，但是启动变阻器只能用于短时间的工作，因此，不能用作调速变阻器，而调速变阻器可以用作启动电阻器。（3）改变励磁回路电阻调速。在其他参数不变的情况下，减少主磁通①，会使空载转速no增大；同时特性曲线的斜率也增大，对于不同的主磁通①，可以得到不同的空载转速和斜率的特性曲线，如图2-16c所示。在负载相同的情况下，改变励磁回路串联电阻，不同的主磁通，对应不同的转速。改变励磁回路电阻调速的特点：1） 由于调速是在励磁回路中进行，功率较小，故能量损失小，控制方便。2） 速度变化比较平滑，但速度只能往上调，不能在额定转速以下进行调节。因此，一般与改变电枢电压、改变电枢回路电阻等方法结合使用，作为辅助调速。3）调速的范围较窄，在磁通减少较多时，由于电枢磁场对主磁通的影响加大，使电动机火花增多，换向困难。转速提高时必须考虑对机械强度的影响，最高转速一般控制在1.2倍额定转速的范围内。4）在减少励磁的同时，如果负载转矩不变，电枢电流必然增加，因为T二CM①la，要防止电流太大带来的问题，如打火、发热等。三、直流电动机拆装与检修直流电动机检修基础知识直流电动机运行一段时间后，应定期进行检查。主要是测量一些技术状态数据，排除在运行维护中发现的小故障，检查和记录一些可以延期解决的故障，清理和擦净灰尘、油污，更换易损件。（1） 对电动机外部和内部进行一次彻底清扫，并对电动机外壳、端盖和其他结构部件等进行一次外观检查，看有无损伤和锈蚀现象。（2） 检查绕组表面有无变色、损伤、裂纹和剥离现象，定子绕组固定是否可靠，补偿绕组连接线是否距离过近，焊接处有无脱焊现象等，发现问题及时处理。（3） 检查绕组绝缘电阻，记录数据，并与上次检修的数据进行比较，若绝缘电阻降低，应分析原因，对绕组表面和铁心上的积尘要清除干净。（4） 检查换向器和电刷工作状态，换向器有无变形，表面有无沟道，有无烧伤现象，如有应及时进行处理。坚持电刷是否磨损到寿命极限，电刷与换向器的接触是否良好，电刷压力是否合适，电刷在刷握内活动是否灵活，发现问题应及时处理。对出现换向不良的应检查片间绝缘、刷距和气隙。（5）检查转动部分和静止部分的紧固螺钉有无松动。（6）检查轴承运行温度有无超过允许温升，对注入式换油的滚动轴承，应注入适量润滑油，对轴承间隙较大或润滑油使用时间较长的轴承，应更换新的润滑油或轴承。电机拆装在拆卸直流电动机准备修理前，要先用仪表进行整机检查，查明绕组绝缘电阻、对地绝缘和绕组间有无短路、断路过其他故障，针对问题进行处理。要熟悉电机有关的情况，做好有关记录，充分做好施工的准备工作。拆卸步骤如下：（1）拆除电机的所有接线，同时做好复位标示和记录。（2）拆除换向器端的端盖螺栓，并取下轴承外盖。（3）打开端盖