项目直流电机的换向
直流电机的换向
5、电刷下产生火花的原因
换向元件中存在两个方向相同的电势er和ea，合 成电势： e ea er 0 合成电势在换向元件闭合回路中产生的环流：
ik
e e e R R
a
r
i ik t
由闭合转为断开时，由 ik 建立的电磁能量以火花的 形式释放出来。
电动机工作原理演示 N
• 防止环火的措施：在主磁极的极靴装补偿绕组，
并与电枢绕组串联，产生的磁势方向与电枢反应 磁势相反。
思考？
换向极绕组应与电枢绕组相串联；
补偿绕组应与电枢绕组相串联；
励磁绕组与电枢绕组如何联接？
n N er
Φa
ea
S
4、换向元件中的感应电势
设换向元件匝数为Wk，电枢反应磁势在换向 元件处所生的磁密为Ba， 则ea的平均值：
ea 2 Ba Wk l va
旋转电势 的特点：
• ea I a n ，负载越重或者转速越高， 旋转电势 也越大。 • 根据右手定则，ea 的方向总是与换向前元件中 的电流方向相同，ea与 er方向一致，也是阻碍换 向的。
势的方向一致。 • 换向极绕组必须与电枢绕组串联，使在任何 时候，ek＝- er。
9、加换向极后的结构图
10、环火及其防止措施
• 电枢反应使气隙磁场发生畸变， 使处于 B max 处
的元件的感应电势增大。当片间电压Uk 超过一定
值时，换向片间产生火花，称为电位差火花。
• 电位差火花与换向火花连成一片，构成环火。
di er Lr Lr：换向元件的电抗系数，包括自感和互感 dt 2i i er Lr Lr a er的平均值： t Tk
设电刷宽度bs等于换向片宽度bk，换向片数为K，
电机控制与调速技术项目训练教-项目一直流电机的调速与控制线路装接
任务一 直流电机启动、调速线路的装调
•相关知识
图1-8 他励电动机
图1-9 并励电动机Fra bibliotek任务一 直流电机启动、调速线路的装调
•相关知识
③串励电动机 串励电动机的励磁绕组与电枢绕
组串联之后接直流电源，如图1-10所 示。串励电动机励磁绕组的特点是其 励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电 流一般比较大，所以励磁绕组导线粗 、匝数少，它的电阻也较小。串励电 动机多于负载在较大范围内变化的和 要求有较大起动转矩的设备中。
项目一 直流电动机的控制与调速线路的装调
项目描述
直流电动机(direct current motor)是将直流电能转换为机械能的 旋转机械。它与交流电动机（如三相异步电动机）相比，虽然因结构 比较复杂、生产成本较高、故障较多等，目前已不如交流电动机应用 普遍，但由于它具有优良的调速性能和较大的起动转矩，得到广泛应 用。
任务二 直流电机正反转、能耗制动线路的安装
• 相关知识
并励电动机的起动 电枢电流为：
Ia＝（U－E）/Ra 因为电枢电阻Ra很小，所以电源电压U和反电动势E极为接近。
在电动机起动的初始瞬间，n=0，E=KE×Φ ·n=0。这时的电枢电流
为：
Iast=U/Ra
由于Ra很小，起动电流将达到额定电流的10－20倍，这是不允许的
•相关知识
1、直流电动机的结构与 工作原理
直流电动机主要由磁极 、电枢、换向器三 部分组 成，其结构如图1-3所示。
图1-3 直流电动机的主要结构
任务一 直流电机启动、调速线路的装调
•相关知识
①磁极。 磁极是电动机中产生磁场的
装置，如图1-4所示。它分成极心1 和极掌2两部分。极心上放置励磁 绕组3，极掌的作用是使电动机空 气隙中磁感应强度的分布最为合适 ，并用来挡住励磁绕组；磁极是用 钢片叠成的，固定在机座4（即电 机外壳）上；机座也是磁路的一部 分。机座常用铸钢制成。
解决电动车直流电机换向问题的操作规程
解决电动车直流电机换向问题的操作规程
电动车直流电机换向问题是电动车维修中比较常见的问题，需要进行正确的操作才能顺利解决。
下面是解决电动车直流电机换向问题的操作规程：
一、检查电路及线路连接情况
首先需要检查电路和线路连接情况，确认是否有损坏或松动的地方。
对于松动的连接，需要重新插好或使用扳手将螺丝紧固。
若存在电路或线路损坏，则需要将损坏部分更换或修复。
二、检查电动车控制器
电动车直流电机换向问题还可能与电动车控制器有关。
需要检查控制器是否损坏或出现故障。
若控制器故障，则需要将控制器进行更换或修复。
三、检查电机制动器
电动车直流电机换向问题还可能与电机制动器有关。
需要检查是否存在损坏或故障。
若存在问题，则需要将电机制动器进行更换或修复。
四、进行电机线圈相间交换
在上述检查工作都完成之后，若电动车直流电机换向问题依然存在，则需要进行电机线圈相间交换。
具体步骤如下：
1. 打开电动车电机盖子
2. 标记电机端子位置，记录颜色
3. 拆开绕组线端子
4. 使用万用表测试电机线圈相间之间的电阻
5. 手动交换电机两个线圈的位置，这里注意一下电机线圈位置变更的正确性
6. 再使用万用表测试电机线圈相间之间的电阻
7. 若以上步骤都完成了之后，电动车直流电机换向问题还是存在，就需要将电机进行检修或者更换整个电机。
通过以上4个步骤，可以较为全面地解决电动车直流电机换向问题。
在具体操作过程中，需要注意安全和细节。
如果有不了解的地方，最好咨询专业的维修人员和更换新零配件，以免出现问题。
电力机车直流电机检修与维护—直流电机的换向及拆装
er
eL
eM
(L M) di dt
Lr
di dt
Lr L M
L为换向元件的自感系数； M为换向元件的互感系数
直流电机的换向
2．延迟换向（e 0）
在换向元件中还有切割电动势 ea
ea 2N c Ba a
切割电动势存在同样使换向电流变化延缓。 因此线圈中合成电动势（电抗电动势和切割电 动势之和）的存在使换向电流变化不再是线性 的，出现了电流延迟现象的换向称为延迟换向。
直流电动机的拆装工艺
工艺步骤如下： 1、拆除电动机的所有接线,拆除换向器端的端
盖螺栓和轴承盖螺栓，并取下轴承外盖； 2、打开端盖的通风窗，从刷握中取出电刷，再
拆下接到刷杆上的连接线； 3、拆御换向器端的端盖，若有必要时再从端盖
上取下刷架:
直流电动机的拆装工艺
（1）、用厚纸或布将换向器包扎好，以保持清 洁及以免碰伤换向器；
直流电机的换向
（三）改善换向的方法 环火现象 即正负电刷间出现电弧,可以很短的时间内 损坏电机 防止环火出现的办法
在主磁极上安装补偿绕组，从而抵消电枢反应 的影响。补偿绕组装在主磁极极靴里。
补偿绕组与电枢绕组串联，它产生的磁动势 恰恰能抵消电枢反应磁动势
直流电动机的拆装工艺
直流电动机的拆装目的有保养和修理两种。 对电动机进行保养时的拆装工序一般有拆卸 、 清洗零件、更换易损件、装配和试验。 直流电动机拆卸前应在刷架处、端盖与机座配 合处等做好标记，便于装配。
直流电机的换向
（三）改善换向的方法
目的:
消除或削弱电刷下的火花
方法:
1．选用合适的电刷，增加电刷与换向片 之间的接触电阻
2．装设换向极
直流电机的启动、换向
实验一直流电机的启动、换向一、实验目的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、启动、改变电机转向方法。
二、预习要点1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机启动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器？不串接会产生什么严重后果？3、直流电动机启动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？4、直流电动机改变转向的方法。
三、实验项目1、了解4-02电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、直流他励电动机的启动、改变转向。
四、实验设备1、型号4-14的导轨、测速发电机及转速2、型号4-15的直流他励电动机表3、型号4-09的直流数字电压表4、型号4-10的直流数字电流表5、型号4-04的三相可调电阻器6、型号4-05的三相可调电阻器五、实验内容及操作步骤1、由实验指导人员介绍ZX-TIA481型电机与变压器综合实验装置型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、 用伏安法测电枢的直流图2-1测电枢绕组直流电阻接线图(1) 按图2-1接线，电阻R 用4-05上1800Ω和4-04上180Ω。
串联共1980Ω阻值并调至最大。
A 表选用4-09直流电流表，开关S 选用4-13开关模块。
(2) 经检査无误后接通电枢电源，并调至220V o 调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。
将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U 、I 三组数据列于表2-1中。
解决电动车直流电机换向问题的操作规程
解决电动车直流电机换向问题的操作规程摘要：换向问题是影响直流电机质量的主要问题之一。
本文介绍了如何评价换向合格的指标；论述了影响换向的原因包括电磁、机械、电化学等方面；提出了改善换向的方法和措施：一是调节电刷位置，二是要重视换向器的质量，三是重视电刷的选择，四是优化刷盒尺寸和弹簧压力，五是电刷的磨合非常重要，最后要进行严格准确的寿命测试。
一、影响换向的原因：直流电机换向过程中为什么会产生火花呢？根据理论和实践分析，影响换向的原因很多，有电磁的、机械的、电化学的等等，并且它们之间又相互影响，十分复杂。
这里不准备在理论上作过多的分析，只针对电动自行车用直流电机为改善换向在中应注意的问题做一些分析，或许会对生产起到一定的指导作用。
1、电磁原因：在换向时，换向元件中会产生电抗电势和换向电势，这些电势之和一般大于零，称延迟换向。
当换向时，后刷边离开一个换向片转向另一个相邻换向片时，换向电流不为零，有电磁能量储存在换向元件内，在前个换向片离开电刷时，换向回路被突然切断，换向元件中的电磁能量就只有击穿空气而释放，从而产生火花。
2、机械原因：对生产而言，由于机械原因而导致换向不良是一个重要方面。
机械方面的原因很多，例如：平面换向器外表的平整度、粗糙度及装配时换向器外表与电机轴线的垂直度；换向器片间绝缘突出或换向片突出；电刷接触面研磨不好，电刷与换向器外表只有局部接触；电刷上弹簧压力大小不适宜；电刷在刷盒里太松或太紧；各个刷杆之间距离不相等，致使有些电刷所短路的换向元件不在几何中心线上；换向器外表不洁等。
3、电化学原因：正常运行的电机，换向器外表会产生很薄的一层褐色氧化亚铜薄膜。
实践说明，氧化亚铜薄膜的存在，是电机良好换向的必要条件。
这是因为氧化亚铜薄膜本身不仅具有较高的电阻，且其外表还常吸附着薄层水份、氧气和石墨粉末，具有良好的润滑作用，有利于减少电刷和换向器的磨损。
二、改善换向的方法和措施：为改善换向应该针对影响换向的原因在生产中采取一些必要的方法和措施。
直流电机原理以及换向工作介绍
直流电机原理以及换向工作介绍直流电机换向器的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。
这种电磁情况表示在图上。
由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势（说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势）。
因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。
同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。
如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。
这就是直流发电机的工作原理。
同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。
从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。
在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。
同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。
改变电动机电流方向的方法
改变电动机电流方向的方法
1. 电枢反接法：这种方法适用于他励和并励直流电动机。
通过保持励磁绕组端电压极性不变，改变电枢绕组端电压的极性来实现电动机的反转。
2. 励磁绕组反接法：这种方法适用于串励直流电动机。
因为串励直流电动机的电枢两端电压较高，而励磁绕组两端电压很低，所以反接比较容易实现。
3. 三相动力异步电动机：通过调换任意两相电源输入，可以改变电机的转动方向。
4. 单相电机：将电源输入从启动电容器一端调换到另一端，可以改变单相电机的转动方向。
5. 使用电子开关：适用于无刷直流电动机，通过控制电流的方向来实现电动机的正反转。
6. 使用机械开关：适用于有刷直流电动机，通过控制电极的接线方式来实现电动机的正反转。
7. 使用编码器：适用于需要精确控制电动机转向的应用，通过检测电动机的转向并控制电流的方向来实现正反转。
在实施上述任何一种方法之前，都需要确保电动机停止运转，以防损坏电动机。
同时，还需要确保电源和电动机的额定电压和电流相匹配，避免造成设备损坏。
此外，对于直流电动机，还可以通过改变外电路的正负极来改变电流方向，但这种方法是有条件限制的。
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直流电机的换向
2）电枢反应电动势（换向电动势）ea 由于电枢 反应使物理中性线相对于几何中性线移动了一个角度， 因而处在几何中性线上的换向元件仍要切割磁感线产 生感生电动势，称为电枢反应电动势，也称为换向电 动势，它的方向也是与换向前的电流方向一致的，根 据右手定则，电枢反应电动势也起着阻碍换向的作用。
直流电机运行的可靠性，在很大程度上取决于电机的换向情 况。换向不理想会使电刷和换向器之间产生火花，火花通常出现 在后刷边（换向器离开电刷的一侧）。如果火花在电刷上的范围 很小，呈微弱的浅蓝色，对电机运行没有什么危害；但如果火花 在电刷上范围较大，比较明亮，呈白色或红色，则将对电机的运 行带来危害，会使电刷与换向器表面灼伤，最后导致电机不能正 常工作。为了衡量火花大小程度，我国电机基本技术标准（表151）中规定了火花的等级。对于一般直流电机，在额定负载下运行 时，火花不应大于（在大于1／2 刷边长的范围内有轻微的火花）。
仅在短时过载或有 冲击负载时允许出 现 仅在直接启动或逆 转的瞬间允许出现， 但不得损坏换向器 及电刷
3
直流电机的换向
1． 产生火花的原因 1）电抗电动势er 就电磁理论方面看，换向元件 在换向过程中，电流的变化必然会在换向元件中产生 自感电动势。此外，因电刷宽度通常为 2~3 片换向片 宽，同时换向的元件就不止一个，换向元件与换向元 件之间会有互感电动势产生。自感电动势和互感电动 势的合成称为电抗电动势。根据楞次定律，电抗电动 势的作用是阻止电流变化的，即阻碍换向的进行。
直流电机的换向
1．感应法 用感应法确定电刷中性线位置时，将直流毫伏表 (最好采用零位在中间的毫伏表)接在相邻两组电刷上， 再将1.5-3V直流电源（或干电池）串接开关SA后接在 励磁绕组上，如图15-1所示。在交替将开关SA接通和 断开的同时，逐步移动电刷的位置，使毫伏表的指针 摆动逐渐减小直至读数为零，此时电刷的位置，便是 电刷的中性线位置。然后紧固刷杆座固定螺栓，再重 复校验一遍，看其是否仍在最佳中性位置上。
直流电机的换向
直流电机的换向
2．正反转发电机法 用此法确定电刷中性线位置时，电机应接成他励 或并励，其输出电压应接近额定值。调整时，使电机 在转速不变、励磁电流不变及变阻器阻值不变的情况 下进行正转和反转，看电机在正反转时电枢的输出电 压是否相等，若不相等，则需移动刷架使之相等。移 动刷架的方法是：应向输出电压高的电枢旋转方向移 动，使其输出电压降低为两差值的平均值，这样反复 调整，直到两个输出电压数值相等为止。
直流电机的换向
2．改善换向的方法 1）加换向极 从产生火花的电磁原因出发，要有效地改善换向， 就必须减小、甚至抵削换向元件中的电抗电动势和电枢 反应电动势。目前最主要的方法是在主磁极之间装设换 向极。换向磁极是比主磁极小的附加磁极，一般装在主 磁极之间的几何中性线上。换向极的作用是为了抵消电 枢磁场的影响，应该使换向极磁场的方向与电枢磁场的 方向相反。对电动机而言，换向磁极的极性应该与顺着 电枢转动方向的下一个主磁极的极性相反；对发电机而 言，则应相同。
直流电机的换向
3．正反转电动机法 用此法确定电刷中性线位置时，电动机最好接成 他励方式进行试验。调整时，使电动机在外拖电压不 变，励磁电流不变的情况下空载进行正转和反转，并 分别测量正反转的转速，若两转速相等，此时电刷所 在的位置，即是电刷的中性线位置。若转速不相等， 则需移动刷架使之相等。移动刷架的方法是：应将刷 架向转速高的电枢旋转方向移动，使其转速降低为两 差值的平均值，这样直到电动机在正反方向旋转时的 转速数值相等或正反转时的转速与其平均值之差都小 于5％为止。
直流电机的换向
2．电刷的调整 按要求调整好各电刷的压力，并保证整机各电刷 的压力一致。各电刷压力的偏差不得超过±10％，压 力的大小可用弹簧秤测量。
直流Байду номын сангаас机的换向
四、直流电机的换向原理 当直流电机的电枢旋转时，绕组元件经过电刷，从一个支路 进入另一个支路，电流的数值和方向都要发生变化。元件中电流 改变方向的过程，称为换向。
直流电机的换向
这两个方向相同的电动势在被电刷短路的换向元 件中就会产生附加电流，且储存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， 在换向元件中储存的能量释放出来，因此，换向元件 中出现延迟换向的现象，造成换向元件离开一个支路 最后瞬间尚有较大的电磁能量，这部分能量以弧光放 电的方式转化为热能，散失在空气中，因而在电刷与 换向片之间出现火花换向过程于是在电刷与换向片之 间便发生火花。
直流电机的换向
（二）电刷的研磨与调整 1.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到 电机火花等级，对新更换的电刷必须进行研磨，以保 证其接触面积在80％以上。研磨电刷的接触面一般用 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15-2所示，将待研磨的电刷放 人刷握内，然后按电动机旋转的方向转动电枢，即可 进行研磨。
直流电机的换向
表15-1 火花的等级技术标准
火花 等级 1 电刷下火花程度 无火花 电刷边缘仅小部分 ( 约 1/5 至 1/4刷边长)有断续的几点点状 火花 电刷边缘大部分 ( 大于 1/2 刷 边长 ) 有连续的、较稀的颗粒 状火花 2 电刷边缘大部分或全部有连 续的、较密的颗粒状火花， 开始有断续的舌状火花 电刷整个边缘有强烈的舌状 火花，伴有爆裂声音 换向器上没有黑痕及电刷上没有 灼痕 允许长期连续运行 换向器上有黑痕，但不发展，用 汽油擦其表面即能除去，同时在 电刷上有轻微灼痕 换向器上有黑痕，用汽油不能擦 除，同时电刷上有灼痕；如短时 出现这一级火花，换向器上不出 现灼痕，电刷不烧焦或损坏 换向器上黑痕较严重，用汽油不 能擦除，同时电刷上有灼痕。如 在这一火花等级下短时运行，则 换向器上将出现灼痕，同时电刷 将被烧焦或损坏 换向器及电刷状态 允许运行方式