电机变压器原理与维修（第二版）：直流电机的使用与维修教学课件

直流电机的使用与维修项目六402任务1直流电机的认知任务2直流电机的使用任务3直流电动机的运行403任务4直流电动机的检修任务5直流无刷电机的认知任务6直流无刷电机的运行控制任务1

直流电机的认知404学习目标1.了解直流电机的结构。2.熟悉直流电机的铭牌数据。3.熟悉直流电机的分类。4.能正确完成直流电动机的拆卸和安装。405任务引入与交流异步电动机相比，直流电机结构更复杂、使用和维修较麻烦、价格较贵。但直流电机具有良好的启动性能，且能在较大的范围内平滑而经济地调节速度，因此它仍广泛应用于轧钢机、高炉卷扬等工作负载变化较大、要求频繁启动和改变方向、平滑调速的生产机械上。本任务的主要内容是对直流电动机进行拆装，进而掌握直流电机的基本结构及用途，熟悉直流电机的铭牌数据等。406一、直流电机的结构

直流电机由定子和转子（电枢）两大部分组成，定子和转子之间存在一个间隙，称为气隙。实际使用的直流电机外形、内部结构、纵向剖视图分别如图所示。407相关知识408常见的直流电机外形图a）Z系列b）Z2系列c）Z4系列d）ZSN4系列409直流电机的内部结构1—换向器2—电刷装置3—机座4—主磁极5—换向极6—端盖7—风扇8—电枢绕组9—电枢铁芯410直流电机纵向剖视图1—换向器2—电刷装置3—机座4—主磁极5—换向极6—端盖7—风扇8—电枢绕组9—电枢铁芯1.定子部分定子是直流电机的静止部分，主要用来产生主磁场和作为电机的机械支撑。它主要由主磁极、换向极、电刷装置、机座、端盖等组成。（1）主磁极如图所示，主磁极包括铁芯和励磁绕组两部分。411主磁极的结构（2）换向极如图所示，换向极也由铁芯和绕组构成。412换向极

（3）电刷装置电刷装置一般由电刷、刷握、刷杆、压紧弹簧和刷杆座组成，如图所示。（4）机座和端盖机座一般用铸钢或厚钢板焊接而成。它是电机磁路的一部分，还用来固定主磁极、换向极和端盖，借助底脚将电机固定于基础上。端盖主要起支撑作用，端盖固定于机座上，其上放置轴承，支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。413电刷装置2.转子部分转子是直流电机的转动部分，主要作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换，通常也被称为电枢。它由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风扇、转轴等组成，转子的外形和结构如图所示。414转子的外形和结构a）外形b）内部结构（1）电枢铁芯电枢铁芯一般用0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠成，这样铁芯在主磁场中转动时可以减少磁滞损耗和涡流损耗。铁芯表面有均匀分布的齿和槽，槽中嵌放电枢绕组。电枢铁芯固定在转子支架或转轴上，构成磁的通路。（2）电枢绕组电枢绕组是用绝缘铜线绕制成的线圈，按一定规律嵌放到电枢铁芯槽中，并与换向器进行连接。（3）换向器换向器的作用是：在直流发电机中，将电枢绕组的交流电变为电刷间的直流电，起整流的作用。在直流电动机中，将电源的直流电变为电枢绕组的交流电，保持电流转矩的方向不变。415（4）转轴转轴的作用是传递转矩。为了使直流电机可靠地运行，转轴一般用合金钢锻压加工而成。（5）风扇风扇的作用是散热，降低电机运行时的温升。3.气隙在小容量电机中，气隙为0.5~3mm。气隙的磁阻很大，是电机磁路的主要组成部分。气隙大小对电机运行性能有很大影响。416二、直流电机的铭牌数据每台直流电机的机座上都钉有一个铭牌，直流电动机的铭牌如图所示，上面标注了直流电动机的型号和一些重要技术数据。直流电机铭牌上的数据是额定值，是选择和使用直流电机的依据。417直流电动机铭牌1.型号型号反映了电动机的系列、机座号、铁芯长度、设计序号、极数等，具体含义如下：国产电动机型号一般采用大写字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写字母表示系列代号，第二部分用数字表示设计序号，第三部分用数字表示机座代号，第四部分用数字表示电枢铁芯长度代号。418第一部分字母含义如下：Z：一般用途直流电动机ZJ：精密机床用直流电动机ZT：广调速直流电动机ZQ：直流牵引电动机ZH：船用直流电动机ZA：防爆安全型直流电动机ZKJ：挖掘机用直流电动机ZZJ：冶金起重机用直流电动机

4192.额定值（1）额定功率（容量）PN额定功率是指电机在额定情况下长期运行所允许的输出功率。（2）额定电压

UN额定电压是指在额定运行情况下，电机出线端的电压值。（3）额定电流

IN额定电流是指电机对应额定电压、额定功率时的电流值。420（4）额定转速

nN额定转速是指当电机在额定功率、额定电压和额定电流下运行时的转速，单位为r/min。（5）励磁方式励磁方式是指励磁绕组的供电方式，其决定了励磁绕组和电枢绕组的接线方式。（6）额定励磁电压

ULN额定励磁电压是指加在励磁绕组两端的额定电压值，一般有110V、220V等。421（7）额定励磁电流ILN额定励磁电流是指在额定励磁电压下，励磁绕组中流过的电流。（8）定额（工作制）定额也就是电机的工作方式，是指电机在额定状态运行时能持续工作的时间和顺序。（9）绝缘等级绝缘等级是指电机所采用的绝缘材料的耐热等级。可以参阅交流电机的有关内容。422三、直流电机的分类根据励磁方式的不同，直流电机可分为四种类型：他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机和复励直流电机。不同类型直流电动机的接线图与特点见下表。423不同类型直流电动机的接线图与特点424不同类型直流电动机的接线图与特点四、直流电动机的拆装直流电动机的拆卸步骤见下表。425直流电动机的拆卸426直流电动机的拆卸427直流电动机的拆卸任务2

直流电机的使用428学习目标1.掌握直流电机的工作原理。2.熟悉直流电机的基本理论。3.了解直流电动机的特点。4.能正确使用和维护直流电动机。429任务引入直流电机的种类繁多，性能各异，但它们的工作原理几乎相同。本任务的主要内容是掌握直流电机的工作原理，熟悉直流电机的基本理论，了解直流电动机的特点，能够完成直流电动机的使用与维护。430431相关知识一、直流电机的工作原理为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化为如图所示的直流电动机简单结构和图所示的直流发电机简单结构。此时，电机仅具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别接在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。简化后的直流电动机结构432简化后的直流发电机结构1.直流电动机的工作原理直流电动机在外加直流电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中受到安培力的作用。由于电刷和换向器的换向作用，当导体进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩的方向不变，使直流电动机能连续旋转，把电能转换成机械能输出。433434直流电动机工作原理图

2.直流发电机的工作原理

直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变电动势，通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而将机械能转换成电能。435直流发电机工作原理图二、直流电机的基本理论1.电枢反应和换向（1）电枢反应当直流电机负载运行时，电枢绕组中有电流流过，该电流建立的磁场称为电枢磁场。此时主磁场和电枢磁场同时存在，电枢磁场对主磁场的影响称为电枢反应，如图所示。电枢反应的结果是合成磁场发生畸变，合成磁场不对称，给换向带来困难，换向火花增大。436437电枢反应a）主磁场b）电枢磁场c）合成磁场（2）换向直流电机运行过程中，电枢绕组元件从一条支路经过电刷进入另一条支路，电流的方向发生变化，这个过程称为换向，如图所示。438换向过程2.电枢电动势

Ea直流电机运行过程中，电枢绕组在磁场中运动产生的感应电动势称为电枢电动势。Ea

的表达式为：Ea=Ce

Φn式中Ea———电枢电动势，V；

Φ———每极气隙磁通，Wb；

n———电机转速，r/min；

Ce———电机结构常数。直流发电机中，电枢电动势的方向总是与电流的方向相同，被称为电源电动势。直流电动机中，电枢电动势的方向总是与电流的方向相反，被称为反电动势。4393.电磁转矩

T当电枢绕组中有电流流过时，受到电磁力的作用而产生的转矩称为电磁转矩。T的表达式为：T=CT

ΦIa式中T———电磁转矩，N·m；

Φ———每极气隙磁通，Wb；

Ia———电枢电流，A；

CT———电机转矩常数。4.电磁功率PP=Tω=Ea

Ia4405.功率、电动势、转矩平衡方程式（1）直流电动机功率、电动势、转矩平衡方程式1）功率平衡方程式P1=P+ΔPCuP=P2+ΔPFe+ΔPΩP1=P2+ΔPCu+ΔPFe+ΔPΩ式中，P1

为输入功率，P2

为输出功率，P

为电磁功率，ΔPCu=Ia

2

Ra

为铜损耗（Ra为电枢回路电阻），ΔPFe为铁损耗，ΔPΩ

为机械损耗。4412）电动势平衡方程式U=Ea

+Ia

Ra式中，U

为直流电动机外加电源电压。3）转矩平衡方程式T=T2+T0T2=9.55式中，T

为电磁转矩，T2

为输出转矩，T0

为空载转矩。442（2）直流发电机功率、电动势、转矩平衡方程式1）功率平衡方程式P1=P+ΔPFe+ΔPΩP=P2+ΔPCuP1=P2+ΔPCu+ΔPFe+ΔPΩ2）电动势平衡方程式U=Ea

-Ia

Ra3）转矩平衡方程式T1=T+T0式中，T

为电磁转矩，T1

为输入转矩，T0

为空载转矩。443三、直流电动机的特点直流电动机虽然比三相异步电动机结构复杂，维修也不便，但它的调速性能较好、启动转矩较大，因此，对调速要求较高或需要较大启动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电动机具有以下优点：1.调速性能好，调速范围大。2.启动、制动转矩大，易于控制，能实现频繁快速启动、制动以及正反转。直流电动机的主要缺点是电枢电流换向时产生的火花最终将造成电刷与换向片间接触不良，它限制了直流电动机的极限容量，又增加了维护的工作量。444四、直流电动机的使用1.直流电动机的启动准备直流电动机在安装后、投入运行前或长期搁置而重新投入运行前，需要进行以下启动准备工作：（1）用压缩空气吹净附着于电动机表面和内部的灰尘，撕去新电动机风窗处的防尘纸，取下新电动机换向器刷架上的覆盖纸。检查轴承润滑脂是否洁净、适量，润滑脂占轴承室的2/3为宜。（2）用柔软、干燥而无绒毛的布块擦拭换向器表面，检查其是否光洁，如有油污，可蘸少许汽油擦拭干净。445（3）检查电刷压力是否正常、均匀，电刷间压力差不得超过10%。检查刷握的固定是否可靠，电刷在刷握内是否太紧或太松，电刷与换向器的接触是否良好。（4）检查刷杆座上是否标有电刷位置的记号。（5）用手转动电枢，检查是否有阻塞，转动时是否有撞击或摩擦。（6）检查接地装置是否良好。（7）用500V兆欧表测量绕组对机壳的绝缘电阻，如小于1MΩ则必须进行干燥处理。（8）检查电动机引出线与励磁电阻、启动器等连接是否正确，接触是否良好。4462.直流电动机的启动（1）检查线路情况，检查启动器的弹簧是否灵活、接触是否良好。（2）恒压电源供电时，需用启动器启动。闭合电源开关，在电动机负载条件下，转动启动器，在每个触点上停留约2s，直至最后一点，转动臂被电磁铁吸住为止。（3）单独的可调电源供电时，先将励磁绕组通电，并将电源电压降至最低，然后闭合电枢回路接触器，逐渐升高电压，达电压额定值或所需转速。（4）将电动机与生产机械的联轴器分别连接，输入电压小于额定电枢电压的10%，确定电动机与生产机械转动方向是否一致，一致时表示接线正确。（5）当电动机换向器端装有测速发电机时，应在电动机启动后检查测速发电机输出特性，该极性应与控制屏极性一致。（6）电动机启动完毕后，应观察换向器上有无火花，火花等级是否超标。4473.直流电动机的停机（1）如电动机为变速电动机，应先将转速降到最低值。（2）去掉电动机负载（除串励电动机外）后切断电源开关。（3）切断励磁回路，励磁绕组不允许在停机后长期通额定电流。448五、直流电动机的定期检查与维护1.电动机整体的清洁维护电动机应放置在通风、干燥的仓库中，其内、外部均不应放置其他物件，电动机下垫干燥的木板更佳；电动机应远离有腐蚀性的物质，其轴伸端应涂防锈油。电动机的清洁工作每月不得少于一次，清洁时应以压缩空气吹净内部的灰尘，特别是换向器、线圈连接线和引线部分。4492.换向器的维护（1）换向器应有光洁的表面，不应有机械损伤和烧焦的痕迹。（2）换向器在负载下长期无火花运转后，在表面产生一层褐色有光泽的坚硬薄膜，这是正常现象，它能保护换向器免遭磨损，不能用砂布摩擦掉。（3）若换向器表面出现粗糙、烧焦等现象，可用0号砂布在旋转着的换向器表面进行细致研磨。（4）若换向器表面磨损很多，或经车削后发现云母片有凸出现象，应用铣刀将云母片铣成1~1.5mm的凹槽。（5）换向器车削或云母片下刻时，需防止铜屑、灰尘侵入电枢内部，因而要将电枢线圈端部及接头片覆盖。加工完毕后用压缩空气进行清洁处理。4503.电刷的维护（1）电刷与换向器的工作面应有良好的接触，电刷压力应正常。（2）电刷研磨后应用压缩空气进行清洁处理，再使电动机空载运转，然后以轻负载（额定负载的1/4~1/3）运转1h，使电刷在换向器上得到良好的接触面（每块电刷的接触面积不小于其总面积的75%）。4514.轴承的维护（1）若轴承运转过程中温度太高或发出刺耳杂音，说明轴承可能损坏或有外物侵入，应拆下轴承进行清洗并检查。（2）轴承在运转时需防止灰尘及潮气侵入，并严禁对轴承内圈或外圈进行任何冲击。4525.绝缘电阻的检查与维护（1）应当经常检查电动机的绝缘电阻，如果绝缘电阻小于1MΩ，应仔细用汽油、甲苯或四氯化碳清除电枢表面的污物和灰尘，待干燥后再涂绝缘漆。（2）必要时可采用热空气干燥法，用通风机将热空气（80℃）送入电动机进行干燥，开始时绝缘电阻减小，然后增大，最后趋于稳定。6.通风系统的检查应经常检查定子温升，判断通风系统是否正常、风量是否足够，如果定子温升超过允许值，应立即停机检查通风系统。453任务3直流电动机的运行454学习目标1.掌握直流电动机的机械特性。2.熟悉直流电动机的启动条件和方法。3.掌握直流电动机制动、反转的原理和方法。4.能正确完成直流电动机的启动、正反转及制动控制。455任务引入根据励磁方式的不同，直流电动机可分为他励、并励、串励、复励四种，其中使用最多的是并励直流电动机，其次是串励直流电动机。本任务主要学习直流电动机的机械特性，以及直流电动机的启动、反转和制动方法，并对直流电动机的启动、正反转和制动控制线路进行接线和调试。456一、直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性是指电动机在电源电压、励磁电流、电枢回路总电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：n=f（T）表示直流电动机机械特性的曲线称为直流电动机的机械特性曲线。457相关知识1.他励直流电动机的机械特性如图所示为他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式可由他励直流电动机的基本方程式导出。458他励直流电动机的电路原理图由公式

U=Ea+IaR，Ea=Ce

Φn

和

T=CT

ΦIa

导出机械特性方程式：（6-3-1）因为电源电压

U、电枢回路总电阻

R、励磁磁通

Φ

为常数，所以电动机的机械特性曲线是一条向下倾斜的直线，如图所示。459他励直流电动机的机械特性曲线实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在一定的空载损耗和相应的空载转矩，而电动机的实际空载转速将低于n0

。由此可见，式（6-3-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用Δn

表示，则：（6-3-2）β

表示机械特性曲线的斜率。β越大，机械特性就越软，通常称

β

大的机械特性为软特性。他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性通常都比较硬，转速调整率较小。因此，他励电动机常用于要求负载变化时转速比较稳定的场合，如要求恒速的金属切削机床、造纸机械等。460（1）他励直流电动机的固有机械特性固有机械特性是指当直流电动机的电枢电压和励磁磁通均为额定值、电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，他励直流电动机的固有机械特性方程式为：（6-3-3）固有机械特性曲线如图中的曲线

R=Ra

所示，由于

Ra

较小，故他励直流电动机固有机械特性较硬。461他励直流电动机串电阻时的机械特性曲线（2）他励直流电动机的人为机械特性人为机械特性是指人为地改变直流电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（6-3-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励直流电动机有以下三种人为机械特性。1）电枢串电阻时的人为机械特性电枢串电阻时，U=UN，Φ=ΦN，R=Ra+Rpa，人为机械特性的方程式为：（6-3-4）与固有机械特性相比，理想空载转速

n0

不变，但转速降Δn

增大。4622）改变电枢电压时的人为机械特性改变电枢电压时，R=Ra，Φ=ΦN，机械特性方程式为，由于电动机的额定电压是工作电压的上限，因此改变电枢电压只能在低于额定电压的范围内进行。与固有机械特性曲线相比较，改变电枢电压时的人为机械特性曲线的斜率不变，理想空载转速

n0

随电压的减小而减小，故改变电压时的人为机械特性曲线是一组与固有机械特性曲线平行的直线，如图所示。463他励直流电动机改变电枢电压时的机械特性曲线3）减弱磁通时的人为机械特性可以通过在励磁回路内串接电阻Rpf或降低励磁电压

Uf来减小磁通，此时

U=UN，R=Ra

。机械特性方程式为

n=磁通

Φ

的减小使理想空载转速

n0

和斜率β

都增大，对应的机械特性曲线如图所示。464他励直流电动机弱磁时的机械特性曲线2.并励直流电动机的机械特性并励直流电动机具有与他励直流电动机相似的硬机械特性，由于并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，共用一个电源，电枢电压的变化会影响励磁电流的大小，使其机械特性比他励直流电动机稍软。4653.串励直流电动机的机械特性串励直流电动机的电路原理图如图a所示。由于串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，故电动机的励磁电流等于它的电枢电流，它的主磁通

Φ

随着电枢电流的变化而变化，这是串励直流电动机最基本的特点。在磁路未饱和的条件下，串励直流电动机的机械特性曲线如图b所示。466串励直流电动机的电路原理图和机械特性曲线a）电路原理图b）机械特性曲线（1）串励直流电动机的转速随转矩变化而剧烈变化。在轻负载条件下，电动机转速很快；负载转矩增加后，其转速变慢。（2）串励直流电动机的转矩和电枢电流的平方成正比，因此它的启动转矩大，过载能力强。（3）串励直流电动机的理想空载转速为无限大，实际中也可达到额定转速的5~7倍（亦称为飞车），但这是电动机的机械强度所不允许的。因此，串励直流电动机不允许在空载或轻载的情况下运行。4674.并励与串励直流电动机的性能比较并励与串励直流电动机的性能比较见下表。468并励与串励直流电动机性能比较二、直流电动机的启动直流电动机接入电源后转速由零上升到某一稳定转速的过程称为启动过程或启动。1.启动条件电动机启动的瞬间，n=0，Ea=0，此时电动机中流过的电流称为启动电流Ist，对应的电磁转矩称为启动转矩

Tst

。为了使电动机的转速从零逐步加速到稳定的运行速度，启动时电动机必须产生足够大的电磁转矩。如果不采取任何措施，直接将电动机加上额定电压进行启动，这种启动方法称为直接启动或全压启动。直接启动时，启动电流

Ist=UN/Ra，由于Ra

很小，启动电流会很大，同时启动转矩也很大，过大的启动电流及转矩可能对电动机及电网造成一定的危害，所以通常要对启动电流加以限制。总之，电动机启动时，应有足够大的启动转矩

Tst，但启动电流

Ist不能太大，同时启动设备要尽量简单、可靠。4692.启动方法直流电动机常用的启动方法有电枢串变阻器启动和降压启动两种。无论采用哪种方法，启动时都应该保证电动机的磁通达到最大值，从而保证产生足够大的启动转矩。（1）电枢回路串变阻器启动启动时，在电枢回路中串入启动电阻Rst

进行限流，电动机加额定电压

UN，Rst

的数值应使

Ist

不大于允许值。470

直流电动机的串变阻器启动电路如图所示。471直流电动机的串变阻器启动电路如图所示为直流电动机串电阻三级启动时的机械特性曲线。472直流电动机串电阻三级启动时的机械特性曲线（2）降压启动降压启动只能在电动机有专用电源时才能采用。启动时，通过降低电枢电压来达到限制启动电流的目的。为保证足够大的启动转矩，应保持磁通不变，待电动机启动后，随着转速的上升和反电动势的增大，再逐步提高其电枢电压，直至将电压恢复到额定值，电动机在全压下稳定运行。473三、直流电动机的反转电动机中的电磁转矩是动力转矩，因此改变电磁转矩

T的方向就能改变电动机的转向。根据公式

T=CTΦIa

可知，只要改变磁通

Φ

或电枢电流

Ia的方向，就能改变

T

的方向。因此，直流电动机反转的方法有两种：一种是改变磁通的方向，另一种是改变电枢电流的方向。由于磁滞及励磁回路电感等原因，反向磁场的建立过程缓慢，反转不能很快实现，故一般采用改变电枢电流方向的方法。他励电动机正反转控制的电路原理图如图所示。474475他励电动机正反转控制的电路原理图四、直流电动机的制动1.能耗制动能耗制动的电路原理图和机械特性曲线如图所示。476能耗制动的电路原理图和机械特性曲线a）电路原理图b）机械特性曲线2.反接制动反接制动分为倒拉反接制动和电枢反接制动两种。（1）倒拉反接制动如图所示，电动机原先提升重物，工作于

a点，若在电枢回路中串接足够大的电阻，使特性变得很软，转速下降，当

n=0时（c

点）电动机的

T

仍然小于

TL，在位能性负载的倒拉作用下，电动机继续减速进入反转，最终稳定地运行在

d

点。此时

n<0，T

方向不变，即进入制动状态，工作点位于第四象限，Ea

方向变为与

U

相同。倒拉反接制动的机械特性方程和电枢串电阻电动运行状态下的机械特性方程相同。477478倒拉反接制动的电路原理图和机械特性曲线a）电路原理图b）机械特性曲线（2）电枢反接制动电枢反接制动的机械特性曲线如图所示，从下图中可以看出，反接制动时电动机由原来的工作点（a

点）沿水平方向移到b点，并随着转速的下降沿直线

bc下降。在c

点处若不断开电源，电动机很可能反向启动，加速运行到

d

点。479电枢反接制动的机械特性曲线3.回馈制动（再生制动）若电动机在电动状态运行过程中，某种因素使电动机的转速高于理想空载转速，电动机便处于回馈制动状态。n>n0

是回馈制动的一个重要标志，因为当n>n0

时，电枢电流

Ia

与

n<n0

时的方向相反，因磁通

Φ

不变，所以电磁转矩随

Ia

的反向而反向，对电动机起制动作用。电动状态下，电枢电流由电网的正极流向电动机，而在回馈制动时，电流由电枢流向电网的正极，这时电动机将机械能转变为电能回送给电网，因而称为回馈制动。480回馈制动的机械特性方程式和电动状态下完全相同，由于

Ia

为负值，所以在第二象限，如图所示。电枢电路若串入电阻，可使特性曲线的斜率增加，稳定运行的转速升高。因此，回馈制动时，电枢电路一般不串电阻。481回馈制动的机械特性曲线任务4直流电动机的检修482学习目标1.掌握直流电动机的常见故障、故障原因和处理方法。2.能正确完成直流电动机常见故障的检修。3.能正确完成直流电动机电刷中性线位置的确定、电刷的研磨和火花等级的鉴别。483任务引入直流电动机在使用过程中经常会出现各种故障，如电源接通后电动机不转、电刷下火花过大、电动机振动过大、运行时有异响、外壳带电等。电动机一旦出现故障，可能会影响日常生产和生活。本任务的主要内容是熟悉直流电动机的各种常见故障及故障可能的原因，掌握处理常见故障的方法。484一、直流电动机的常见故障由于直流电动机的结构、工作原理与异步电动机不同，因此，故障现象、故障处理方法也有所不同，但故障处理的基本步骤相同。直流电动机的常见故障现象、故障产生原因以及处理方法见下表。485相关知识486直流电动机的常见故障、原因分析以及处理方法487直流电动机的常见故障、原因分析以及处理方法488直流电动机的常见故障、原因分析以及处理方法二、直流电动机无法启动故障的检修根据上表对直流电动机无法启动故障进行检修，其中电枢绕组故障的检修方法如下：1.电枢绕组接地故障电枢绕组接地故障是直流电动机绕组最常见的故障。电枢绕组接地故障一般发生在槽口处和槽内底部，可采用兆欧表或校验灯进行检查。用兆欧表测量电枢绕组对机座的绝缘电阻，如阻值为零则说明电枢绕组接地。用校验灯进行检查时，将36V低压电源通过额定电压为36V的低压照明灯连接到换向器片及转轴一端，若灯泡点亮，则说明电枢绕组存在接地故障，如图所示。489490校验灯检查电枢绕组是否接地2.电枢绕组短路故障电枢绕组短路故障主要发生在同槽绕组的匝间及上、下层绕组之间，查找短路的常用方法有：（1）短路侦察器法。将短路侦察器接通交流电源，置于电枢铁芯的某一槽上，将断锯条在其他各槽口上面平行移动，当出现较大幅度的振动时，表明该槽内的绕组存在短路故障。（2）毫伏表法。如图所示，将6.3V交流电压（或直流电压）加在相隔

K/2或

K/4的两换向片上，用毫伏表的两支表笔依次接触换向器的相邻两换向片，检测换向器的片间电压。491492用毫伏表检查电枢绕组的短路故障3.电枢绕组断路故障电枢绕组断路一般发生在绕组引出线与换向片的焊接处。断路的原因有：一是焊接质量不好，二是电动机过载、电流过大造成脱焊。这种断路点一般较容易发现，只要仔细观察换向器升高片处的焊点情况，再用旋具或镊子拨动各焊接点即可发现。若断路发生在电枢铁芯槽内部或其他不易发现的部位，则可用如图所示的方法来判定。493用毫伏表检查电枢绕组的断路故障三、直流电动机换向器故障的检修1.片间短路故障按如图所示方法进行检测，若判定为换向器片间短路，可先仔细观察发生短路的换向片表面的具体状况，一般是电刷碳粉在槽口将换向片短路或是火花烧灼所致。494片间短路故障判断可用如图所示的拉槽工具刮去造成片间短路的金属屑末及电刷粉末。若仍无法消除片间短路，即可确定短路发生在换向器内部，一般需要更换新的换向器。495拉槽工具2.换向器接地故障接地故障一般发生在前端的云母环上，该环有一部分裸露在外面，灰尘、油污等的堆积很容易造成接地故障。当接地故障发生时，这部分的云母环大都已烧损，故障查找比较容易。修理时，一般只要把击穿烧坏处的污物清除干净，并用虫胶漆和云母材料填补烧坏之处，再用可塑云母板覆盖1~2层即可。3.云母片凸出由于换向器上换向片的磨损比云母片要快，因此直流电动机使用较长时间后，有可能出现云母片凸起的现象。对其进行修理时，可用拉槽工具将凸出的云母片刮削至比换向片约低1mm即可。496四、电刷中性线位置的确定、电刷的研磨和火花等级的鉴别1.电刷中性线位置的确定电刷中性线位置的确定常用感应法，如图所示，励磁绕组通过开关接到1.5~3V的直流电源上，毫伏表连接到相邻两组电刷上（电刷与换向器的接触一定要良好）。当断开或闭合开关时（即交替接通和断开励磁绕组的电流），毫伏表的指针会左右摆动，这时将电刷架顺电动机转向或逆电动机转向缓慢移动，直到毫伏表指针几乎不动为止，此时刷架的位置就是中性线所在的位置。497498感应法确定电刷中性线位置2.电刷的研磨电刷与换向器表面接触面积的大小将直接影响电刷下火花的等级，新更换的电刷必须进行研磨，以保证其与换向器的接触面积在80%以上。研磨电刷的接触面时，一般采用0号砂布，砂布的宽度等于换向器的长度，砂布应能将整个换向器表面包住，再用橡皮胶布或胶带将砂布固定在换向器上。如图所示，将待研磨的电刷放入刷握内，然后按电动机旋转的方向转动电枢，即可进行研磨。499电刷的研磨1—胶带2—电刷3—换向器4—砂布5—砂布末端3.火花等级的鉴别直流电动机电刷下的火花等级见下表。500

直流电动机电刷下的火花等级任务5直流无刷电机的认知501学习目标1.了解直流无刷电机的结构和工作原理。2.了解直流无刷电机的性能特点。3.能正确完成直流无刷电机的拆卸和装配。502任务引入直流无刷电机是在直流有刷电机的基础上发展起来的，与直流有刷电机的区别在于：直流无刷电机转子采用了永久磁铁，其产生的气隙磁通保持为常数，因而特别适用于恒转矩运行，具有省电、省铜、无励磁损耗、体积小、结构简单、效率高等优点。本任务的主要内容是对直流无刷电机进行拆装，进而掌握直流无刷电机的基本结构及用途。503一、直流无刷电机的结构直流无刷电机本质上是电子逆变器驱动的、由位置传感器反馈控制的交流永磁同步电机，可以认为它是由电机本体、转子位置传感器和电子换相电路三部分组成的电机系统，直流无刷电机的外形如图所示。504相关知识直流无刷电机1.电机本体直流无刷电机将普通直流电机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁，定子为电枢。在结构上，它与永磁同步电机类似。2.转子位置传感器转子位置传感器一般也由定子和转子两部分组成，转子用来确定电机本体磁极的位置，定子用来检测和输出转子的位置信号。目前，直流无刷电机中常用的位置传感器主要有电磁感应式位置传感器、光电式位置传感器和磁敏式位置传感器。5053.电子换相电路直流无刷电机的电子换相电路用来控制定子绕组的通电顺序和导通时间。电子换相电路主要由功率开关管和逻辑控制电路组成，将电源的功率以一定的逻辑关系分配给无刷直流电机定子上的各绕组，从而使电机产生持续不断的转矩。506二、直流无刷电机的工作原理直流无刷电机为了实现无电刷换向，首先把电枢绕组安装在定子上，把永久磁铁放在转子上，其次还要有转子位置传感器、控制电路和功率开关元件组成的换相装置，使直流无刷电机在运行过程中，定子绕组产生的磁场和转子产生的永磁磁场在空间始终保持90°左右的电角度。507508采用三相桥式主电路的直流无刷电机原理图1.两两通电方式两两通电方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每隔1/6周期（60°

电角度）换相一次，每次换相一个功率管，在不同桥臂之间左右换相，一个周期内每个功率管导通120°电角度。功率管的导通顺序依次为：VT1、VT2；VT2、VT3；VT3、VT4；VT4、VT5；VT5、VT6；VT6、VT1……三相绕组中的电流波形如图所示。509

三相桥式主电路中各相绕组的电流波形Y形联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图如图所示。510Y

形联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图a）VT1、VT2导通时的合成转矩b）VT2、VT3导通时的合成转矩c）两两通电时的合成转矩矢量2.三三通电方式三三通电方式是指每一瞬间有3个功率管导通，每隔60°电角度换相一次，每次换相是同一桥臂的上、下管之间换相，一个周期内每个功率管导通180°电角度。功率管的导通顺序依次为：VT1、VT2、VT3；VT2、VT3、VT4；VT3、VT4、VT5；VT4、VT5、VT6；VT5、VT6、VT1；VT6、VT1、VT2……以这种方式运转一个周期，转子合成驱动转矩的图示与两两方式下是一致的，均为6种状态，不同的是此时的合成转矩的幅值是单相绕组转矩幅值的1.5倍，这是三相电流同时作用的结果。511三、直流无刷电机的性能特点1.与感应电动机的比较（1）由于采用高性能永磁材料，直流无刷电机的转子体积较小，具有较小的惯性、更快的响应速度、更高的转矩/惯量比。（2）因为没有转子损耗，也无须定子励磁电流分量，所以直流无刷电机具有较高的效率和功率密度。（3）因为转子不会发热，所以直流无刷电机无须考虑转子冷却问题。5122.与永磁同步电动机的比较（1）直流无刷电机采用方波电流供电可以提供更高的转矩/体积比，相同条件下输出转矩约增大15%。（2）直流无刷电机的结构更简单、制造成本较低。（3）直流无刷电机的控制更简单、控制器成本较低。5133.与直流有刷电机的比较（1）直流无刷电机的可靠性高、寿命长。它的工作期限主要取决于轴承及其润滑系统，高性能的直流无刷电机工作寿命可达数十万小时。（2）直流无刷电机不必经常进行维护和修理。（3）直流无刷电机无电气接触火花，无线电干扰少。（4）直流无刷电机可工作于高真空、不良介质环境。（5）直流无刷电机可在高转速下工作，专门设计的高速直流无刷电机的工作转速可达100000r/min以上。（6）直流无刷电机的机械噪声低。514四、直流无刷电机的拆卸直流无刷电机的拆卸需要谨慎操作，避免对电机造成不必要的损害。具体的拆卸步骤如下：1.在拆卸前，务必断开电源，并拆除所有与电机相连的线路，确保安全。2.在直流无刷电机前、后端盖上做好拆装标记。3.使用旋具将直流无刷电机前、后端盖上的螺钉按对角顺序分别拧下。4.在前、后端盖缝隙处分别插入一字旋具，轻轻向外侧撬动。5.从直流无刷电机上取下松动的后端盖，此时，另外一侧的前端盖也可以与电机分离，将其取下，完成端盖的拆卸。6.适当用力按压直流无刷电机的转子部分，将直流无刷电机的定子从转子中抽离，分离转子和定子。7.拆卸完成后，检查电机是否存在损坏或故障。515五、直流无刷电机的装配1.直流无刷电机的装配要求

（1）电机安装后要保证轴与轴中心线同轴度。（2）齿轮啮合间隙要合理，拨动齿轮时无异响，齿轮转动灵活、传动平稳。（3）安装联轴器后，两边的端面与被安装端面间的距离要合适。（4）直流无刷电机运行时应无发热、振动现象，运行噪声应在正常范围内。5162.装配操作步骤（1）整理安装平台。（2）安装中间轴部件。（3）安装边缘轴部件。（4）安装联轴器。（5）用六角扳手紧固电机座。（6）安装防护板。517任务6直流无刷电机的运行控制518学习目标1.掌握直流无刷电机的启动方法。2.掌握直流无刷电机的制动方法。3.掌握直流无刷电机的正反转控制方法。4.掌握直流无刷电机的调速方法。5.能正确完成直流无刷电机冷态直流电阻、空载损耗和工作特性的测定。519任务引入由于直流无刷电机具有明显的性能优势，因此在各行各业中获得了越来越广泛的应用，尤其是电动汽车产业。直流无刷电机的产业化生产，对提高电动汽车性能、促进电动汽车行业发展具有积极的作用。本任务的主要内容是掌握直流无刷电机的启动、调速、制动和反转原理、方法，并对直流无刷电机的冷态直流电阻、空载损耗和工作特性进行测定。520一、直流无刷电机的启动控制直流无刷电机可以像直流有刷电机那样，通过电源的接通实现启动控制。这种控制方式的缺点是启动电流较大，容易产生过热和去磁问题，启动过快还会导致负载机械的冲击，所以这种启动方式只适用于小功率电机。对于直流无刷电机，比较常用的方法是用有触点开关接通控制器电源，再通过对控制器的控制实现直流无刷电机的启动，例如：1.控制器中设置有启停控制口（使能控制），以逻辑电平控制电机的启动。一般设置R接口，当

R=1时启动。521相关知识2.对于有调速功能的控制器，以转速控制指令电压的高低控制电机的转速，常设置电压为零时电机停转。有些控制器具有PWM（脉冲宽度调制）信号接口，该信号占空比为零时电机停转。3.采用通/断位置传感器激励电源的方法完成电机的启动。直流无刷电机最好采用具有软启动功能的控制器