课题四 直流电动机的检修.docx
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课题四直流电动机的检修
福州市第二高级技工学校
教案纸
授课教师
叶仙儒
授课班级
教案审批意见
审批人：
年月日
课程名称
电机变压器设备安装与维护
审批人：
年月日
授课时间
（）周星期（）（）月（）日
课题
任务1直流电动机的拆装
教学时数
（）课时
教学目的
1、了解直流电动机的组成结构，理解直流电动机的工作原理
2、掌握直流电动机的拆卸和安装技能
教学重点
1、直流电动机的组成结构、工作原理
2、直流电动机的拆卸和安装技能
教学难点
直流电动机的拆卸和安装技能
教具
直流电动机
作业布置
学生用书习题任务1
其他
课题四直流电动机的检修
任务1直流电动机的拆装
新课引入
从日常生活中常见的电动机设备引入，使学生对电动机的外观、功能等有一个初步认识，然后带领学生复习“电工基础”课程中所学的电磁部分的相关知识，包括“电流的磁场如何判断，什么是电磁力，电磁力的方向如何判断”等问题。
理论授课
一、直流电动机的特点
优点
（1）调速特性好，调速方便、平滑，调速范围广；
（2）启动、制动和过载转矩大；
（3）易于控制，能实现频繁快速启、制动以及正反转。
缺点：
电枢电流换向问题。
在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。
二、直流电动机的工作原理
载流导体ab和cd在磁场中要受到电磁力（单位为N）的作用，其大小为：
F＝BlIa
式中B——磁场的磁感应强度（T）；
l——导体的有效长度（m）；
Ia——线圈的电流（A）。
直流电动机的工作原理：
直流电动机在外加电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中将受电磁力的作用，由于换向器的作用，导体进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁力矩的方向不变，使直流电动机能连接旋转，把直流电能转换成机械能输出。
直流电机的运行是可逆的。
当它作为发电机运行时，外加转矩拖动转子旋转，线圈产生感应电动势，接通负载以后提供电流，从而将机械能转变成电能。
当它作为电动机运行时，通电的线圈导体在磁场中受力，产生电磁转矩并拖动机械负载转动，从而将电能变成机械能。
三、直流电动机的构造
组成
作用
组成成分
定子
产生磁场和机械支撑
主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖等
电枢
产生电磁转矩
电枢铁心电枢绕组、换向器、轴和风扇等
任务实施
一、任务实施的准备工作
1、直流电动机实物
2、拆卸直流电动机的专用工具
电工工具1套（验电笔、一字和十字旋具、钢丝钳、尖嘴钳、剥线钳、电工刀等），拆装、接线、调试的专用工具。
3、操作准备
（1）提醒学生操作前必须断开电源，拆除直流电动机与外部电源的连接线，并做好标记。
（2）指导学生检查拆卸的专用工具是否齐全。
（3）指导学生做好相应的标记。
如在端盖与机座连接处做好标记等。
二、拆卸直流电动机
1、示范讲解，总结操作步骤
通过示范操作，讲解拆卸直流电动机的基本步骤：
拆卸电刷盖→取出电刷及联动弹簧→取出前端盖→拆卸后端盖及电枢→拆卸电枢
2、完成技能训练
（1）拆卸过程中应注意提醒学生注意安全。
一方面是人员安全，利用扳手锤子等工具操作时要注意动作规范，防止造成手部等部位受伤；另一方面是设备安全，在拆卸直流电动机的部件时要轻拿轻放，特别是在抽出电枢时要避免碰伤电枢绕组。
（2）应指导学生正确选用工具，如锤子应使用木锤或者是胶锤。
（3）注意提示保管好有关零部件：
用纸或软布将换向器包好；拆下前端盖上的轴承盖螺钉，并取下轴承外盖，将连同前端盖在内的电枢放在木架上或木板上。
教学中应注意轴承一般只在损坏后方可取出，无特殊原因，不必拆卸。
（4）拆卸轴承时可指导学生学习使用拉具拆卸、铜棒拆卸、放在圆筒上的拆卸、加热拆卸、轴承在端盖内拆卸五种方法，重点讲解采用拉具拆卸和主在圆筒上的拆卸两种方法。
1）用拉具拆卸轴承的方法。
应根据轴承的规格及型号，选用适宜的拉具，拉具的脚爪应扣在轴承的内圈上，切勿放在外圈上，以免拉坏轴承。
拉具的丝杠顶点要对准转子轴端中心，动作要慢，用力要均匀，然后慢慢拉出。
2）放在圆筒上的拆卸轴承的方法。
在拆卸时若遇轴承留在轴承室内时，则把端盖止口面向上，平衡地放在一块铁板上，垫上一段直径小于轴承外径的金属棒，用锤子沿轴承外圈敲打金属棒，将轴承敲出。
（5）对于拆卸的轴承等零件应指导学生进行清洗，并进行质量检查，检查合格后，涂注润滑脂待用。
三、直流电动机的装配
1、示范讲解，总结操作步骤
直流电动机的装配与拆卸步骤相反，根据拆卸的知识总结安装直流电动机的基本步骤，然后再配合示范操作进行讲解。
装配电枢→装配后端盖及电枢→装配前端盖→装配电刷及联动弹簧→装配电刷盖→接线
2、操作要点提示
（1）对好标记，如果标记对不齐可能造成电动机的定转子的不同心，产生振动等。
（2）安装电刷时还要检查电刷及调整几何中心线，这部分的具体工艺知识将后面讲解。
以上工作完成后才能重新接线使电动机转动。
福州市第二高级技工学校
教案纸
授课教师
叶仙儒
授课班级
教案审批意见
审批人：
年月日
课程名称
电机变压器设备安装与维护
审批人：
年月日
授课时间
（）周星期（）（）月（）日
课题
任务2直流电动机的维护
教学时数
（）课时
教学目的
1、了解直流电动机的分类方法、铭牌数据含义、并励与串励电动机差异及使用注意事项
2、掌握直流电动机的日常维护方法
教学重点
1、直流电动机的铭牌数据含义、并励与串励电动机差异及使用注意事项
2、直流电动机的日常维护方法
教学难点
直流电动机的日常维护方法
教具
直流电动机
作业布置
学生用书习题任务2
其他
任务2直流电动机的维护
新课引入：
复习有关上一任务所学的直流电动机的结构和拆装步骤的知识，使学生加深认识。
理论授课：
一、直流电动机的分类
按照直流电机的主磁场的不同，一般可分两大类，一类是由永久磁铁作为主磁极；而另一类是利用给主磁极绕组通人直流电产生主磁场。
后一类按照主磁极绕组与电枢绕组接线方式的不同，常可以分为他励式和自励式两种，自励式又可分为并励、串励、复励等几种。
二、直流电动机的铭牌
1、型号
2、额定值
（1）额定功率PN
指电机在额定情况下，长期运行所允许的输出功率。
对发电机来讲，是指输出的电功率；对电动机来讲，是指轴上输出的机械功率，单位为kW.
（2）额定电压UN
指正常工作时电机出线端的电压值。
对发电机而言，是指在额定运行时输出的端电压；对电动机而言，是指额定运行时的电源电压，单位为V或kV.
（3）额定电流IN
电机对应于额定运行时的电流值，对于发电机是指额定运行时供给负载额定的电流；对电动机是指额定运行时从电源输入的电流，单位为A.
（4）额定转速nN
额定转速是指电压、电流和输出功率均为额定值时转子旋转的速度，单位为r/min.
（5）励磁方式
电机的励磁方式决定了励磁绕组和电枢绕组的接线关系，有他励、并励、串励、复励等。
（6）额定励磁电压ULN
它是指加在励磁绕组两端的额定电压，单位为V。
（7）额定励磁电流ILN
它是指电机额定运行时所需要的励磁电流，单位为A。
（8）定额（工作方式）
电机在额定状态运行时能持续工作的时间和顺序。
电机定额分为连续、短时和断续三种，分别用S1、S2、S3表示。
1）连续定额（S1）
表示电机在额定工作状态可以长期连续运行。
2）短时定额（S2）
表示电机在额定工作状态时，只能在规定时间内短期运行，我国规定的短时运行时间有10min、30min、60min及90min四种。
3）断续定额（S3）
表示电机运行一段时间后，就要停止一段时间，只能周期性地重复运行，每一周期为10min。
我国规定的负载持续率有15%、25％、40％及60%四种。
例如，持续率为25％时，2.5min为工作时间，7.5min为停车时间。
（9）温升
电机各发热部分的温度与周围冷却介质温度之差称为温升。
温升限度是指电机在额定工作状态下运行时，各发热部分的允许最高温升，它与电机的绝缘等级及测温的方法有关。
（10）绝缘等级
表示电机各绝缘部分所用的绝缘材料的等级，可参阅交流电机的有关内容及附录B。
三、并励和串励电动机性能比较
详见教材P84
任务实施
一、任务实施的准备工作
1、直流电动机实物
2、拆卸直流电动机的专用工具
电工工具1套（验电笔、一字和十字旋具、钢丝钳、尖嘴钳、剥线钳、电工刀等），拆装、接线、调试的专用工具。
3、仪器仪表
万用表、兆欧表和电桥各1只
4、有关材料
V形架、00号砂布、软布、弹簧秤和干燥用压缩空气（皮老虎）等。
二、直流电动机的维护
1、首先让学生拆卸直流电动机，以进一步检查学生对上一个任务的掌握程度，教师进行点评指导。
2、教师做关于直流电动机维护的操作示范，学生观看。
其中电刷和换向器的检查是直流电动机维护的重点和难点内容。
示范过程中注意重点讲解以下几点：
（1）检查电枢绕组的直流电阻值时，应正确使用万用表和电桥：
首先用万用表估测其直流电阻值，如果在数十欧姆以上，选择正确的挡位进行测试；如果在几欧姆，则要采用电桥进行测试，低于1Ω的采用双臂电桥，高于1Ω的采用单臂电桥。
（2）测试直流电阻的目的是判断电枢绕组是否短路和断路。
（3）用万用表测试机壳与绕组之间的绝缘电阻的目的是检查电动机的绝缘情况。
3、组织学生完成实训练习，指导中应注意以下几点：
（1）注意提示学生测试直流电阻和绝缘电阻一定要断电进行，拆卸时要注意安全。
（2）如换向器有轻微灼痕，更换新电刷时，或电刷与换向器接触面达不到80%以上时，都需要进行研磨，教学中可根据需要选择讲解相关知识。
（3）对于其他项目的维护，应使学生明白其目的是清除一切不利于电动机正常运行的因素，及早发现故障隐患，及时进行处理，以免故障扩大，造成重大损失。
（4）对于电动机的换向火花鉴别，可注意提示学生按如下方法判断火花情况：
一般直流电动机在运行中电刷与换向器表面基本上看不到火花，或只有微弱的点状火花。
在额定负载的情况下，一般直流电动机只允许有不超过
级的火花。
（5）教学中可根据实际需要选择讲解电刷下的炎花等级的相关知识。
福州市第二高级技工学校
教案纸
授课教师
叶仙儒
授课班级
教案审批意见
审批人：
年月日
课程名称
电机变压器设备安装与维护
审批人：
年月日
授课时间
（）周星期（）（）月（）日
课题
任务3直流电动机的检修
教学时数
（）课时
教学目的
1、了解直流电动机的常规控制方法及其原理
2、学会直流电动机出现无法启动、电刷下火花过大、电动机温升过高、电动机振动、机壳带电等故障现象的分析方法
3、掌握对上述故障的检测及处理方法
教学重点
1、直流电动机的启动、正反转、调速
2、直流电动机的故障检修及处理方法
教学难点
直流电动机的故障检修及处理方法
教具
电工实验室
作业布置
学生用书习题任务3
其他
任务3直流电动机的检修
新课引入
复习直流电动机维护的相关知识，引出维护中可能出现的异常现象，引出本任务的学习内容：
对这些异常现象的检修。
理论授课
一、直流电动机的启动
直流电动机由静止状态加速达到正常运转的过程，称为启动过程。
除小容量电动机外，直流电动机一般不允许直接启动。
通常采用的启动方法有两种：
降低电压启动和在电枢回路串变阻器启动。
1、电枢回路串变阻器启动
变阻器启动就是在启动时将一组启动电阻Rst串入电枢回路，以限制启动电流。
待转速上升后，再逐段将启动电阻切除。
此法启动时的启动电流为：
因此，只要Rst的阻值选择得当，就能将启动电流限制在允许的范围内。
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可取上限；150kW以上的直流电动机则取下限。
变阻器启动用于各种中、小型直流电动机，其缺点是变阻器比较笨重，启动过程中消耗很多电能。
2、减压启动
减压启动是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的方法，来限制启动电流。
减压启动方法一般只用于大容量启动频繁的直流电动机，并要有一套可变电压的直流电源。
常见的发电机——电动机组就是采用减压启动方式来启动电动机的，其优点是启动电流小，启动时消耗能量少，升速比较平稳。
近代还采用由晶闸管整流电源组成的“整流器——电动机”组，也适用于减压启动。
应注意：
并励电动机采用减压启动时只降低电枢电压，不能降低励磁绕组的外施电压，否则启动转矩将变小，电动机将仍无法启动。
二、直流电动机的正、反转
改变电动机转向的方法有两种：
一种是将励磁绕组反接；另一种是将电枢绕组反接。
由于他励和并励电动机励磁绕组的匝数较多，电感较大，反向磁通的建立过程缓慢，所以，一般都采用变电枢电流方向的办法来改变电动机的转向。
可以利用两个接触器的交替接通来实现电枢电流方向的改变，从而实现直流电动机的正、反转。
三、直流电动机的调速
直流电动机比较容易满足调速幅度宽广，调速连续平滑、损耗小、经济指标高等电动机调速的基本要求。
直流电动机的调速是指电动机在机械负载不变的条件下，改变电动机的转速。
调速可采用机械方法、电气方法或机械和电气配合的方法。
根据直流电动机的转速公式
可知，直流电动机有三种调速方法，即电枢回路串电阻调速法，改变励磁磁通调速法和改变电枢电压调速法。
1、电枢回路串电阻调速法
这种调速方法只能向额定转速以下调速，且电枢电流一定，故在各种转差下的电磁转矩相同，属于恒转矩调速。
特性如下：
（1）设备简单，投资少，只须增加电阻和切换开关，操作方便。
小功率电动机中用得较多，如电气机车等。
（2）属于恒转矩调速方式，转速只能由额定转速往下调。
（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，经济性能差。
2、改变励磁磁通调速法
这种调速方法由于励磁电流不能超过其额定值，故转速只能在对应于额定励磁电流的基本转速以上调节。
调速时应适当选择变阻器的阻值，励磁电流不宜过小，励磁绕组更不能开路，否则会造成“飞车”事故。
（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，但转速只能往上调，不能在额定转速以下进行调节，故往往只能与前两种调速方法结合使用，作为辅助调速。
（3）调速的范围较窄，在磁通减少太多时，由于电枢磁场对主磁场的影响加大，会使电机火花增大、换向困难。
转速提高时须考虑到机械强度的影响，最高转速一般控制在1.2倍额定转速的范围内。
（4）在减少励磁调速时，如果负载转矩不变，电枢电流必然增大，因为
，要防止电流太大带来的问题，如发热、打火等。
3、改变电枢电压调速法
（1）改变电枢电压调速时，机械特性的斜率不变，所以调速的稳定性好。
（2）电压可作连续变化，调速的平滑性好，调速范围广。
（3）属于恒转矩调速，电动机不允许电压超过额定值，只能由额定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。
还可用于降压启动。
四、直流电动机的制动
所谓制动就是在电动机上加上与原转向相反的转矩，使电动机迅速停转或限制电动机的转速。
直流电动机的制动也可以分为机械制动和电气制动，其中电气制动又可以分为再生制动、能耗制动和反接制动等。
能耗制动是指保持直流电动机的励磁电流不变，利用双掷开关将正常运行的电动机电源切断而将电枢回路串入适量电阻，进入制动状态后，电动机驱动系统由于有惯性而继续旋转，电枢电流反向，转矩也反向，其方向和转速方向相反，成为制动转矩，使电动机能很快地停转。
在能耗制动中，电动机实际变成了发电机运行状态，将系统中的机械动能转化成为电能消耗在电枢回路的电阻中。
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。
其缺点是能量无法利用，白白消耗在电阻上发热；能耗制动的制动转矩随转速变慢而相应减少，制动时间较长。
2、反接制动
直流电动机的反接制动，通常是通过改变电枢绕组上的电压方向（使Ia反向）或改变励磁电流的方向（使Ф反向）来改变电磁转矩的方向，形成制动力矩，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。
反接制动的优点是制动转矩比较恒定，制动较强烈，操作比较方便。
其缺点是需要从电网吸取大量的电能，而且对机械负载有较强的冲击作用。
它一般应用在快速制动的小功率直流电动机上。
3、再生制动
当电动机车下坡或吊车重物下降时，可能会出现这样的情况，电动机的转速n超过了它的空载转速n0。
由公式
可知，如果电动机的主极磁通Ф不变，则
，此时电机就处在发电机状态下运行，即Ia与Ea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，从而限制了电动机转动的速度，这就是再生制动。
再生制动的优点是产生的电能可以反馈回电网中去，使电能获得利用，简便可靠而经济。
缺点是再生制动只能发生在n＞n0的场合，限制了它的应用范围。
任务实施
一、任务实施的准备工作
1、直流电动机实物
2、拆卸直流电动机的专用工具
电工工具1套（验电笔、一字和十字旋具、钢丝钳、尖嘴钳、剥线钳、电工刀等），拆装、接线、调试的专用工具。
3、仪器仪表
万用表、兆欧表、毫伏表和电桥各1只，干电池4节
4、有关材料
V形架、00号砂布、软布、弹簧秤和干燥用压缩空气（皮老虎）等。
二、直流电动机故障检修
将任务2拆卸好的直流电动机作为本任务的准备，教师做好示范，并进行讲解，然后组织学生进行技能训练。
注意让学生明确相邻换向片间绕组直流电阻正常值的判别标准：
各测量值基本相等。
如电刷与换向器接触不良需用00号砂布研磨电刷，研磨方法及工艺可与任务2中的相关内容相结合进行讲解。
三、直流电动机常见故障及原因
讲解电刷下火花过大故障时，要注意进一步培养学生辨别火花的能力，对直流电动机火花的判别应在直流电动机安全的前提下进行人为的设定或模拟，否则难以观察到实际火花状况，影响教学效果，也可能因操作不当损伤换向器。
然后有针对性地讲解电刷下火花过大的处理方法，适当安排电刷的研磨训练。
对于电动机振动的可能原因，有可能的话，做好示范操作，以增加学生的感性认识。
机壳带电故障是授课的难点，因可能会造成安全事故，因此要组织好机壳带电故障的处理和排除训练。
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