直流電機的常見故障及其維護，直流電機定子和轉子的檢修

　　直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。

　　直流無刷電機的控制原理，要讓電機轉動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應到的電機轉子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟（或關閉）換流器（inverter）中功率晶體管的順序，inverter中之AH、BH、CH（這些稱為上臂功率晶體管）及AL、BL、CL（這些稱為下臂功率晶體管），使電流依序流經(jīng)電機線圈產生順向（或逆向）旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管（或只開下臂功率晶體管）；要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。

　　基本上功率晶體管的開法可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關的響應時間，所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂（或下臂）尚未完全關閉，下臂（或上臂）就已開啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。

　　當電機轉動起來，控制部會再根據(jù)驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令（Command）與hall-sensor信號變化的速度加以比對（或由軟件運算）再來決定由下一組（AH、BL或AH、CL或BH、CL或……）開關導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。

　　高轉速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實時性。至于低轉速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據(jù)電機特性適當配置控制參數(shù)值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉順暢而且響應良好，P.I.D.控制的恰當與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部電機轉速距離目標速度還差多少，這就是誤差（Error）。知道了誤差自然就要補償，方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實是復雜多變的，若要控制的堅固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。

　　直流電機的常見故障與維護

　　上圖為直流電機的俯視圖，關于直流電機做發(fā)電機使用的時候，有以下幾點要注意：

　?。?）因為電樞導磁，故圖中線圈內部（黑色）不存在電磁感應現(xiàn)象。磁場只存在于電樞外部和電樞鐵芯中。

　　（2）電刷與正負極出線固定，換向器隨轉子做逆時針運動，如圖。

　?。?）一般來說一個換向器對一個電刷，也有3個左右換向器對一個電刷。

　　結論：

　?。?）關于直流電機做發(fā)電機時候正負極的判斷：藍色鐵芯導慈，故圖中黑色部分不存在磁場，所以只在藍色鐵芯外做切割磁感線運動，故電動勢只產生于藍色鐵芯外部。

　　然后圖中逆時方向運動，電動勢如圖所示，以圖中正極為例的話，電動勢流向電刷，再由電刷流向外部電路，這和電源正極的特點一樣，故為正極。同理可知右邊部分為負極。

　?。?）輸出電動勢為關聯(lián)各換向片的電動勢和，此處關聯(lián)是感應電動勢方向與正負極關聯(lián)。

　?。?）關于正負極為什么位于圖中位置時，所得電動勢最大，是因為如果不是圖中的位置，會有正負電動勢在同一極的關聯(lián)方向相互抵消。

　　使用

　　1． 電機的起動準備

　　電機在安裝后投入運行前或長期擱置而重新投入運行前，需做下列起動準備工作：

　?。?） 用壓縮空氣吹凈附著于電機內部的灰塵，對于新電機應去掉風窗處的包裝紙。檢查軸承潤滑油脂是否潔凈、適量，潤滑脂占軸承室的三分之二為宜。

　?。?） 用柔軟、干燥而無絨毛的布塊擦拭換向器表面，并檢視其是否光潔，如有油污，則可蘸汽油少許拭凈之。

　?。?） 檢查電刷電壓是否正常均勻，刷握的固定是否可靠，電刷在刷握內是否太緊或太松，電刷與換向器的接觸是否良好。

　?。?） 檢查在刷桿座上是否標有電刷位置的記號。

　?。?） 用手轉動電樞，檢查是否阻塞或在轉動時是否有撞擊或摩擦之聲。

　　（6） 接地裝置是否良好。

　　（7） 用500V兆歐表測量繞組對機殼的絕緣電阻，如小于1MΩ則必須進行干燥處理。

　?。?） 電機出線與磁場變阻器、起動器等連接是否正確，接觸是否良好。

　　2． 電動機的起動

　?。?） 檢查線路情況（包括電源、控制器、接線及測量儀表的連接等），檢查起動器的彈簧是否靈活，接觸是否良好。

　?。?） 在恒壓電源供電時，需用起動器起動。閉合電源開關，在電動機負載下，轉動起動器，在每個觸點上停留約2S，直至最后一點，轉動臂被電磁鐵吸住為止。

　　（3） 電動機在單獨的可調電源供電時，先將勵磁繞組通電，并將電源電壓降至最小，然后閉合電樞回路接觸器，逐漸升高電壓，達額定值或所需轉速。

　?。?） 電機與生產機械的連軸器先別連接，輸入小于10%的額定電樞電壓，確定電機與生產機械轉速方向是否一致，一致時表示接線正確。

　?。?） 電動機換向器端帶測速發(fā)電機時，電機起動后，應檢查測速發(fā)電機輸出特性，該極性與控制屏極性應一致。

　?。?） 電機起動完畢后，應觀察換向器上有無火花，火花等級是否超標。

　　3． 電動機的調速

　　恒功率弱磁向上調速，可調節(jié)磁場調速器，直至轉速達所需之值，但不得超過技術條件所允許的最高轉速。恒轉矩負載可以采用降壓或電樞串電阻向下調速。

　　4． 電動機的停機

　?。?） 如為變速電動機，先將轉速降到最低值。

　　（2） 去掉電動機負載（除串勵電動機外）后切斷電源開關。

　?。?） 切斷勵磁回路，勵磁繞組不允許在停車后長期通額定電流。

　　維護

　　電動機在使用過程中定期進行檢查時應特別注意以下事項：

　　1． 電動機周圍應保持干燥，其內外部均不應放置其他物件

　　電動機的清潔工作每月不得少于一次，清潔時應以壓縮空氣吹凈內部的灰塵，特別是換向器、線圈連接線和引線部分。

　　2． 換向器的保養(yǎng)

　?。?） 換向器應是呈正圓柱形的表面，不應有機械損傷和燒焦的痕跡。

　?。?） 換向器在負載下長期無火花運轉后，在表面產生一層褐色有光澤的堅硬薄膜，這是正?，F(xiàn)象，它能保護換向器的磨損，這層薄膜必須加以保護，不能用砂布摩擦。

　?。?） 若換向器表面出現(xiàn)粗糙、燒焦等現(xiàn)象時可用“0”號砂布在旋轉著的換向器表面進行細致研磨。若換向器表面出現(xiàn)過于粗糙不平、不圓或有部分凹進現(xiàn)象時應將換向器進行車削，車削速度不大于1.5m/s，車削深度及每轉進刀量均不大于0.1mm，車削時換向器不應有軸向移動。

　?。?） 換向器表面磨損很多時，或經(jīng)車削后，發(fā)現(xiàn)云母片有凸出現(xiàn)象，應以銑刀將云母片銑成1~1.5mm的凹槽。

　?。?） 換向器車削或云母片下刻時，須防止銅屑、灰塵侵入電樞內部。因為要將電樞線圈端部及接頭片覆蓋。加工完畢后用壓縮空氣做清潔處理。

　　3． 電刷的使用

　?。?） 電刷與換向器的工作表面應有良好的接觸，電刷壓力正常。電刷在刷握內應能滑動自如。電刷磨損或損壞時，應以牌號及尺寸與原來相同的電刷更替之，并且用“0”號砂布進行研磨，砂布面向電刷，背面緊貼換向器，研磨時隨換向器作來回移動。

　?。?） 電刷研磨后用壓縮空氣作清潔處理，再使電動機作空載運轉，然后以輕負荷（為額定負載的1/4~1/3）運轉1小時，使電刷在換向器上得到良好的接觸面（每塊電刷的接觸面積不小于57%）。

　　4． 軸承的保養(yǎng)

　?。?） 軸承在運轉時溫度太高，或發(fā)出有害雜音時，說明可能損壞或有外物侵入，應拆下軸承清洗檢查，當發(fā)現(xiàn)鋼珠或滑圈有裂紋損壞或軸承經(jīng)清洗后使用情況仍未改變時，必須更換新軸承。軸承工作2000~2500小時后應更換新的潤滑脂，但每年不得少于一次。

　　（2） 軸承在運轉時須防止灰塵及潮氣侵入，并嚴禁對軸承內圈或外圈的任何沖擊。

　　5． 絕緣電阻

　?。?） 應當經(jīng)常檢查電動機的絕緣電阻，如果絕緣電阻小于1MΩ時，應仔細清除絕緣上的污物和灰塵，并用汽油、甲苯或四氯化碳清除之，待其干燥后再涂絕緣漆。

　?。?） 必要時可采用熱空氣干燥法，用通風機將熱空氣（80℃）送入電動機進行干燥，開始絕緣電阻降低，然后升高，最后趨于穩(wěn)定。

　　6． 通風系統(tǒng)

　　應經(jīng)常檢查定子溫升，判斷通風系統(tǒng)是否正常，風量是否足夠，如果溫升超過允許值，應立即停車檢查通風系統(tǒng)。

　　直流電動機的常見故障及處理

　　直流電機定子檢修要求

　　直流電機定子檢修應有以下要求：

　　1、 清掃吹灰，用汽油將各部分油泥擦拭清潔。

　　2.、檢查定子外殼

　?。?）外殼油漆應無脫落。

　?。?）接地線應完好無斷折松動現(xiàn)象。

　?。?）引線絕緣和瓷瓶應完好，引線絕緣無老化鼓泡現(xiàn)象，接線螺絲齊全，端蓋應完好無損。

　　（4）定子磁極與外殼連接螺絲應緊固。

　　3 、檢查磁極線圈

　　（1） 線圈絕緣應良好無發(fā)胖、鼓泡、枯裂及過熱現(xiàn)象。

　?。?） 磁極間連線絕緣及接頭良好，連接螺絲緊固。

　?。?） 用500V搖表測量磁極線絕緣電阻，其值應不低于0.5兆歐。

　?。?） 測量線圈直流電阻與廠家數(shù)據(jù)或歷史測量值比較其差別應不大于2%（換算至同一溫度下）。

　　4.、檢查磁極鐵芯

　?。?） 磁極鐵芯應清潔，無松動現(xiàn)象。

　　（2） 磁極鐵芯無銹斑，無毛刺和過溫現(xiàn)象，如有銹斑可用#00砂布打磨，用布擦凈，毛刺可用銼刀修平將鐵芯表面殘留鐵屑清除后用絕緣漆刷，處理鐵芯表面。

　　5 、定子轉子噴漆，若定子或轉子表面絕緣漆損壞脫落嚴重時，應按下列步驟進行：

　?。?） 鐵芯應清潔無灰塵油污及電刷粉塵。

　?。?） 鐵芯應緊固無松動，無變形。

　?。?） 通風溝應清潔暢通。

　　直流電機轉子的檢修

　　直流電機轉子檢修時應做以下檢查：

　　1、檢查電樞鐵芯

　?。?）鐵芯應清潔無灰塵油污及電刷粉塵。

　?。?）鐵芯應緊固無松動、變形。

　?。?）通風溝應清潔暢通。

　　2、檢查電樞線圈

　　（1）槽楔良好無松動。

　?。?）線圈表面應光滑無破裂、磨損及燒傷等現(xiàn)象。

　?。?）用1KV搖表測量電樞線圈對鐵芯的絕緣電阻不低于0.5兆歐。

　　3、檢查電樞綁線

　?。?）綁線應清潔無松動。

　?。?）焊錫無熔化開焊現(xiàn)象。

　　（3）綁線下所墊的絕緣應完好。

　　4、檢查風扇

　?。?）風扇應清潔，無灰塵油污。

　?。?）葉片無破裂變形，鉚釘應牢固。檢查時可用小錘子敲打風葉根據(jù)聲音判斷風扇有無大損壞。

　?。?）平衡塊無松動、移動現(xiàn)象。