項目三直流電機故障分析排除實際操作-PPT課件

1、項目三、直流電機故障分析排除實際操作 結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)中常見的直流電機故障，分析直流電機的常見故障現(xiàn)象，學(xué)會故障排除方法，學(xué)會直流電機的維護保養(yǎng)方法。一、直流電機的換向 換向是直流電機中一個非常重要問題，直流電機的換向不良，將會造成電刷與換向器之間產(chǎn)生電火花，嚴重的會使電機燒毀。所以，要討論影響換向的因素以及產(chǎn)生電火花的原因，進而采取有效的方法改善換向，保障電機的正常運行。一）、換向的過程 直流電機運行時，電樞繞組的元件旋轉(zhuǎn)，從一條支路經(jīng)過固定不動的電刷短路，后進入另一條支路，元件中的電流方向?qū)⒏淖?，這一過程稱為換向，如圖1.28所示。圖1.28是電機中一元件K的換向過程，設(shè)bS為電刷的寬度，一般

2、等于一個換向片bK的寬度，電樞以恒速Va從左向右移動，TK為換向周期，S1、S2分別是電刷與換向片1、2的接觸面積。 (1) 換向開始瞬時(圖1.28(a)所示)，t =0，電刷完全與換向片2接觸，S1=0，S2為最大，換向元件K位于電刷的左邊，屬于左側(cè)支路元件之一，元件K中流的電流i=+ia，由相鄰兩條支路而來的電流為2ia，經(jīng)換向片2流入電刷。 (2) 在換向過程中(圖1.28(b)所示)，t =TK/2，電樞轉(zhuǎn)到電刷與換向片1、2各接觸一部分，換向元件K被電刷短路，按設(shè)計希望此時K中的電流i=0，由相鄰兩條支路而來的電流為2ia，經(jīng)換向片1、2流入電刷。 (3) 換向結(jié)束瞬時，(圖1.2

3、8(c)所示)，t=TK，電樞轉(zhuǎn)到電刷完全與換向片1接觸，S1為最大，S2=0，換向元件K位于電刷右邊，屬于右側(cè)支路元件之一，K中流過的電流i=-ia，相鄰兩條支路電流2ia經(jīng)換向片1流入電刷。 隨著電機的運行，每個元件輪流經(jīng)歷換向過程，周而復(fù)始，連續(xù)進行。 (a) 換向開始瞬時 (b) 換向過程中某一瞬時 (c) 換向結(jié)束瞬時 換向元件的換向過程 二）、影響換向的因素 影響換向的因素是多方面的，有機械因素、化學(xué)因素，但最主要的是電磁因素。機械方面可通過改善加工工藝解決，化學(xué)方面可通過改善環(huán)境進行解決。電磁方面主要是換向元件K中，附加電流iK的出現(xiàn)而造成的，下面分析產(chǎn)生iK的原因。 1. 理想

4、換向(直線換向) 換向過程所經(jīng)過的時間(即換向周期TK)極短，只有幾豪秒，如果換向過程中，換向元件K中沒有附加其它的電動勢，則換向元件K的電流i均勻地從+ia變化到-ia(+ia0-ia)，如圖1.29曲線1所示，這種換向稱為理想換向，也稱直線換向。 2. 延遲換向 電機換向希望是理想換向，但由于影響換向的主要因素電磁因素的存在，使得換向不能達到理想，而出現(xiàn)了延遲換向，引起火花。電磁因素的影響有電抗電動勢以及電樞反應(yīng)電動勢兩種情況。 (1) 電抗電動勢eX：電抗電動勢又可分為自感電動勢eL與互自感電動勢eM。由于換向過程中，元件K內(nèi)的電流變化，按照棱次定律將在元件K內(nèi)產(chǎn)生自感電動勢eL=-Ld

5、ia/dt；另外，其它元件的換向?qū)⒃谠﨣內(nèi)產(chǎn)生互感電動勢eM=-Mdia/dt，則 eX=eL+eM (1.12) eX總是阻礙換向元件內(nèi)電流i變化的，即eX與換向前電流+ia方向相同，即阻礙換向電流減少的變化。直線換向與延時換向 換向元件K中產(chǎn)生的 電樞反映電動勢 (2) 電樞反應(yīng)電動勢(旋轉(zhuǎn)電動勢)eV：電機負載時，電樞反應(yīng)使氣隙磁場發(fā)生畸變，幾何中性線處磁場不再為零，這時處在幾何中性線上的換向元件K將切割該磁場，而產(chǎn)生電樞反應(yīng)電動勢eV；電動機時物理中性線逆著旋轉(zhuǎn)方向偏離一角度，按右手定則，可確定eV的方向，如圖1.30所示，eV與換向前電流ia方向相同。 (3) 附加電流iK：元件換

6、向過程中將被電刷短接，除了換向電流i外，由于eX與eV的存在，產(chǎn)生了附加電流iK。 iK=(eX+eV)/(R1+R2) (1.13) 式中，R1、R2分別為電刷與換向片1、2的接觸電阻。 iK與eX+eV方向一致，并且都阻礙換向電流的變化，即與換向前電流+ia方向相同。iK的變化規(guī)律如圖1.29中曲線2所示。這時換向元件的電流是曲線1與2的疊加，即如圖1.29中曲線3所示?？梢?，使得換向元件中的電流從+ia變化到零所需的時間比直線換向延遲了，所以稱作延遲換向。 (4) 附加電流對換向的影響。由于iK的出現(xiàn)，破壞了直線換向時電刷下電流密度的均勻性，從而使后刷端電流密度增大，導(dǎo)致過熱，前刷端電流

7、密度減小，如圖1.31所示。當換向結(jié)束，即換向元件K的換向片脫離電刷瞬間，iK不為零，換向元件K中儲存的一部分磁場能量LKi2K/2就以火花的形式在后刷端放出，這種火花稱為電磁性火花。當火花強烈時，將灼傷換向器材和燒壞電刷，最終導(dǎo)致電機不能正常運行。延遲換向時附加電流的影響三）、改善換向的方法 產(chǎn)生火花的電磁原因是換向元件中出現(xiàn)了附加電流iK，因此要改善換向，就得從減小、甚至消除附加電流iK著手。 1. 選擇合適的電刷 從 可見，當eX+eV一定時，可以選擇接觸電阻(R1,R2)較大的電刷，從而減小附加電流來改善換向。但它又引起了損耗增加及電阻壓降增大，發(fā)熱加劇，電刷允許流過的電流密度減小，這

8、就要求應(yīng)同時增大電刷面積和換向器的尺寸。因此，選用電刷必須根據(jù)實際情況全面考慮，在維修更換電刷時，要注意選用原牌號。若無相同牌號的電刷，應(yīng)選擇性能接近的電刷，并全部更換。 2. 移動電刷位置 如將直流電機的電刷從幾何中性線n-n移動到超過物理中性線m-m的適當位置，如圖1.32(a)中v-v所示，換向元件位于電樞磁場極行相反的主磁極下，則換向元件中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電動勢為一負值，使 ，電機便處于理想換向。所以對直流電動機應(yīng)逆著旋轉(zhuǎn)方向移動電刷，如圖1.32(a)所示。但是，電動機負載一旦發(fā)生變化，電樞反應(yīng)強弱也就隨之發(fā)生變化，物理中性線偏離幾何中性線的位置也就隨之發(fā)生變化，這就要求電刷的位置應(yīng)做相應(yīng)

9、的重新調(diào)整，實際中是很難做到。因此，這種方法只有在小容量電機中才采用。 (a) 移動電刷位置改善換向 (b) 安裝換向極改善換向 改善換向的方法 3. 裝置換向極 直流電機容量在1kW以上一般均裝有換向極，這是改善換向最有效的方法，換向極安裝在相鄰兩主磁極之間的幾何中性線上，如圖1.32(b)所示。改善換向的作用是在換向區(qū)域(幾何中性線附近)建立一個與電樞磁動勢Fa相反的換向極磁動勢FK，它除了抵消換向區(qū)域的電樞磁動勢Fa(使eV=0)之外，還要建立一個換向極磁場，使換向元件切割換向極磁場產(chǎn)生一個與電抗電動勢eX大小相等、方向相反的電動勢eV，使得eV+eX=0，則iK=0，成為理想換向。為了

10、使換向極磁動勢產(chǎn)生的電動勢隨時抵消eX和eV，換向極繞組應(yīng)與電樞繞組串聯(lián)，這時流過換向極繞組上的電流ia，產(chǎn)生的磁動勢與ia成正比。且與電樞磁動勢方向相反便可隨時抵消。 換向極極性應(yīng)首先根據(jù)電樞電流方向，用右手螺旋定則確定電樞磁動勢軸線方向，然后應(yīng)保證換向極產(chǎn)生的磁動勢與電樞磁動勢方向相反，而互相抵消，即電動機換向極極性應(yīng)與順著電樞旋轉(zhuǎn)方向的下一個主磁極極性相反，如圖1.32(b)所示。 4、補償繞組 在大容量和工作繁重的直流電機中，在主極極靴上專門沖出一些均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放一種所謂補償繞組，如圖1.33(a)所示。補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此補償繞組的磁動勢與電樞電流成正比，并且補償繞組

11、連接得使其磁動勢方向與電樞磁動勢相反，以保證在任何負載情況下隨都能抵消電樞磁動勢，從而減少了由電樞反應(yīng)引起氣隙磁場的畸變。電樞反應(yīng)不僅給換向帶來困難，而且在極弧下增磁區(qū)域內(nèi)可使磁密達到很大數(shù)值。當元件切割該處磁密時，會感應(yīng)出較大的電動勢，以致使處于該處換向片間的電位差較大。當這種換向片間電位差的數(shù)值超過一定限度，就會使換向片間的空氣游離而擊穿，在換向片間產(chǎn)生電位差光火花。在換向不利的條件下，若電刷與換問片間發(fā)生的火花延伸到片間電壓較大處，與電位差火花連成一片，將導(dǎo)致正負電刷之間有很長的電弧連通，造成換向器整個圓周上發(fā)生環(huán)火如圖1.33(b)，以致燒壞換向器。所以，直流電機中安裝補償繞組也是保證

12、電機安全運行的措施，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，一般直流電機中不采用。 (a) 環(huán)火 (b) 補償繞組 環(huán)火和補償繞組 二、直流電機的故障分析及維護實際操作當直流電機發(fā)生故障時，檢查順序如下: 電機的電源、線路、輔助設(shè)備 電機所帶負載 電機機械方面（如檢查電刷架是否有松動、電刷接觸是否良好、軸承轉(zhuǎn)動是否靈活等） 直流電機的內(nèi)部故障（仔細觀察換向火花及運行時出現(xiàn)的其他異常情況）由外向內(nèi)一） 直流電機運行時的換向故障1.機械原因（1）電機振動?，F(xiàn)象：電刷在換向器表面跳動。原因：電樞兩端的平衡塊脫落或位置移動。處理辦法：進行平衡。低速，靜平衡；高速，動平衡。（2）換向器?，F(xiàn)象：電刷不能在換向器上平穩(wěn)滑

13、動或火花增大。原因：換向器變形；片間云母突出；表面有疤痕或毛刺；換向器表面有油污。處理辦法：沾酒精擦拭；用與換向器表面吻合的曲面木塊墊上細砂紙磨換向器，嚴重則刀削外圓；云母突出則將云母下刻。（3）電刷?，F(xiàn)象：產(chǎn)生有害火花。原因：電刷彈簧壓力不合適；電刷材料不符合要求；電刷型號不一致；電刷與刷盒間配合太緊或太松；刷盒邊離換向器表面距離太大。處理辦法：電刷的彈簧壓力根據(jù)不同的電刷確定；同一電機使用同一型號的電刷；更換電刷用較細的玻璃砂紙研磨，空轉(zhuǎn)半小時，使換向器表面形成氧化膜，再投入工作。2、 由機械引起的電氣原因現(xiàn)象：產(chǎn)生有害火花或火花增大。原因：磁極、刷盒的裝配有偏差。處理辦法：使各磁極、電刷

14、安裝合適、分布均勻，電刷架保持出廠時的位置，固定牢固。3、電樞繞組故障（1）電樞元件斷線或焊接不良?，F(xiàn)象：電刷接觸和離開的瞬間呈現(xiàn)較大的點狀火花，使斷路元件兩側(cè)的換向片灼黑；若用電壓表檢查換向器片間電壓，斷線元件或換向器焊接不良的元件兩側(cè)的換向片片間電壓特別高（2）電樞繞組短路?，F(xiàn)象：局部過熱4、定子繞組故障（1）換向極或補償繞組極性接反?，F(xiàn)象：換向火花急劇增大，換向片明顯灼黑。原因：極性接反。（2）換向極或補償繞組短路?，F(xiàn)象：火花增大。原因：換向極或補償繞組短路（3）換向極繞組不合適?，F(xiàn)象：電機修理后，再三調(diào)整還不能滿足換向要求，從內(nèi)部也找不出故障原因。原因：可能是換向極磁場不合適引起的。5

15、、電源的影響現(xiàn)象：換向變壞；增加了電機的噪聲、振動、損耗、發(fā)熱。原因：使用晶閘管整流裝置代替直流發(fā)電機組，這種電源帶來了諧波電流和快速暫態(tài)變化。解決方法：用串接平波電抗器的方法來減少交流分量。一般外加平波電抗器的電感值約為直流電機電樞回路電感的2倍左右。二） 直流電機運行時的性能異常及維護1、轉(zhuǎn)速異常當電機的轉(zhuǎn)速發(fā)生異常時，可用轉(zhuǎn)速公式 中的有關(guān)因素來找原因。（1）轉(zhuǎn)速偏高?，F(xiàn)象：對并勵或他勵電動機，轉(zhuǎn)速劇升，有飛車的危險。如帶負載很重，電動機速度也不致升高，這時電流劇增，使開關(guān)的保護裝置動作后跳閘；對串勵電動機，勵磁線圈斷線即電樞開路，電動機停止運行。原因：勵磁繞組中發(fā)生短路現(xiàn)象或個別磁極極性裝反，或勵磁線圈斷線，磁極只有剩磁。aeeICRaCUnF-F=（2）轉(zhuǎn)速偏低?，F(xiàn)象：電機轉(zhuǎn)速偏低。原因：電樞回路中連接點接觸不良，使電樞電路的電阻壓降增大。解決方法：檢查電樞電路各連接點（包括電刷）的接頭焊接是否良好，接觸是否可靠。（3）轉(zhuǎn)速不穩(wěn)?，F(xiàn)象：電機的轉(zhuǎn)速和電流發(fā)生急劇變化，電機不能正常穩(wěn)定運行，如不及時制止，電機和所接儀表均有損壞的危險。解決方法：首先檢查串勵繞組極性是否準確，減小勵磁電阻并增大勵磁回路電流；若電刷沒有放在中性線上應(yīng)