培训教材-直流电机管理

培训教材攀钢集团成都板材公司设备室陈东目录一、直流电机介绍二、直流电机管理及维护三、MCC辅助设备系统一、直流电机介绍：Z系列大型直流电机直流电机的物理模型图解释

这是分析直流电机的物理模型图。

其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)

上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。1.定子

（1）主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上。（2）换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。（3）机座电机定子的外壳称为机座，机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用。二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。（4）电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。如下图所示2.转子(电枢)

（1）电枢铁心

电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。

（2）电枢绕组

电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈(以下称元件)按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。（3）换向器

在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘，换向片的下部做成鸽尾形，两端用钢制V形套筒和V形云母环固定，再用螺母锁紧。换向器的构造（4）转轴转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。如下图

二、直流电机管理及维护

直流电机结构复杂，价格昂贵，对使用环境要求高，维护周期长，一旦出现重大事故，就会造成经济损失。因此加强对直流电机的维护和管理非常重要。1、直流电机的换向。1.1换向过程：直流电机运行时，电枢绕组元件内的电势和电流方向，是随所处的磁极极性而交变，绕组各元件从某一极之支路转入邻极支路，元件电流方向必然经过一次变换，元件电流的变向是借助换向器与电刷的滑动接触来实现的。元件电流方向的变换，是从元件被电刷短路开始，直到滑出电刷为止。1.2换向元件内的电势：换向过程中，被电刷短路元件内，同时存在自感电势el，互感电势em,换向电势ek，变压器电势et几种电势，如果这几种电势平衡相消，换向元件中就不会产生附加换向电流，电机就能得到良好的换向。1.3换向器的氧化膜。换向器表面在工作过程中，电刷与换向器滑动接触形成了色调均匀而且有光泽的氧化膜，才能保证电机的正常运行。换向器氧化膜的形成主要是电刷和换向器滑动接触所产生的电化学过程。大气中存在水蒸气，在电刷和换向器表面都被覆盖一层水膜，当它们之间通过电流发生接触传导时，电刷和换向器分别为两个电极，换向器是阳极时，由水电解产生的氧离子趋向阳极，使铜被氧化为氧化铜和氧化亚铜，同时从正电刷下析出的石墨结晶不断堆积在铜表面，这样就构成了厚度极薄的氧化膜，使电阻增加。当换向器是阴极时，氧化铜又被还原，氧化膜电阻就减少。氧化膜使电刷和换向器之间的摩擦系数减少，起到了很好的润滑作用，减少电刷磨损，同时由于氧化膜电阻率很大，增加了电刷和换向器间的接触压降，限制了被电刷短路元件内的短路电流，使换向器有所改善。另外由于氧化膜硬度很大，延长了换向器的寿命。1.4电刷的工作：在滑动接触中，电刷有两个作用。第一，把负载电流引入和输出旋转的电枢。第二，限制在换向周期内，被电刷短路元件内的附加电流。电刷的接触压降大，能限制换向器元件中的附加电流，抑制火花能力强，能改善换向情况，但会引起电刷和换向器的发热。因此应该选用合理材质的电刷，在轧钢电机中一般采用电化石墨电刷为主。1.4.1电刷型号：1、天然石墨电刷：S3、S4、S5、S6B、S6M、S7、S26、S201、251、S253、S255、S270等；2、电化石墨电刷：D104、D172、D172N/M、D202、D213、D214、D215、D252、D280、D308、D308L、D309、D374、D374B、D374D、D374N、D374F、D374S、D374L、D376、D376N、D376Y、D464F、D479等；3、金属石墨电刷：J101、J102、J103、J105、J113、J151、J164、J201、J203、J204、J205、J206、J213、J220、J252、J260、J265等。型号代号含义1、S代表天然石墨电刷，S后的数字为顺序号；2、D代表电化石墨电刷，D后的第一位数字表示：1-代表石墨基（即原材料以石墨为基础）；2-代表焦炭基（即原材料以焦炭为基础）；3-代表炭黑基（即原材料以炭黑为基础）；4-代表木炭基（即原材料以木炭为基础）；其余数字为顺序号。3、J代表金属石墨电刷，J后第一位数字表示：1-代表无粘结剂电刷；2-代表有粘结剂电刷。其余数字为顺序号。4、字尾M、NM、L、N、F、S、Y分别表示刷体浸渍的不同有机物。1.4.2电刷分类：碳刷有树脂类，电化类，和有色金属类，它们因材料和工艺不同而使用在不同的电机上，碳刷的材料图片如下：左-高阻天然石墨类，中-电化石墨类碳刷坯料，右-有色金属类碳刷坯料2、直流电机的维护对于24小时连续运行的直流电机，停机定期维护周期一般为7-10天，平时应对电机负载的变化情况、换向器表面质量、火花状态、绕组温度及风、水油系统等诸方面因素做好记录。维护工作主要有以下几个方面。2.1换向器维护吹扫和清擦换向器表面，保证清洁。用酒精和白帆布擦抹，清除电刷留下的碳粉。避免沉积在换向器云母沟，引起换向火花增大。换向器产生铜毛刺时，应随时剔除，碳粉被油污沾在云母沟内时，用毛刷刷去。建立电机负载合理分配的生产工艺，保证换向器表面建立良好的氧化膜。发现换向器表面状态恶化，火花较大，应考虑停机，用细砂纸打磨其表面，使其重新建立氧化膜。检查云母沟是否清洁，换向片棱角应光滑无毛刺。在保证换向器表面质量的情况下，还需在日常运行中，仔细观察和监视换向器火花。换向火花是衡量换向优劣的主要标准，也是关系到直流电机能否正常运行的主要因数之一。因此对直流电机的换向进行维护和调整的所有工作都是保证直流电机达到无火花或无害火花运行。火花等级划分：1级:无火花，换向器上没有黑痕及电刷上没有灼痕。1-1/4级：电刷边缘仅有微弱的点状火花或有非放电性的红色小火花。1-1/2级：电刷边缘绝大部分有轻微的火花，换向器有黑痕，但不发展，用酒精擦拭表面即能除去，在电刷表面有轻微灼痕。2级:电刷边缘绝大部分有强烈火花，换向器有黑痕，用酒精擦拭不能除去，同时电刷有明显灼痕。3级：电刷整个边缘有强烈火花，同时有大火花飞出，换向器黑痕相当严重，用酒精擦拭不能除去，同时电刷有灼痕。在这种火花下短时运行，换向器上将出现灼痕，同时电刷被烧焦或损坏。电机允许火花程度:直流电机额定负载时，换向火花不大于1-1/2级，电机可以长期连续运行，二级火花在过载时允许短期出现。三级火花由于电弧飞越，易导致环火事故，损坏电机所以不允许出现。2.2电刷维护用压缩空气吹扫碳刷、刷盒和换向器表面的碳粉。检查碳刷接触弧面是否有烧灼点，接触面是否均匀、光滑，如有缺陷应立即更换。检查碳刷在刷盒内是否浮动灵活。电刷和刷盒之间的间隙为0.15—0.3毫米。检查碳刷压力大小是否均匀适当，对于同一台电机，电刷弹簧压力应保持均匀，互差不超过10％。检查电刷磨损量，一般低于新碳刷1/3要求更换，避免过短的电刷露出铜铆钉与换向器摩擦划伤换向器表面，产生事故。碳刷一次性更换数量不宜过多，成批更换易损坏换向器原来的氧化膜。只需将过短的或有问题的碳刷换下就可以。在同一台电机上，绝不允许使用不同牌号的碳刷，同一牌号的碳刷如果制造时间不同，性能也有明显差异，所以也不允许用。检查刷辫的固定是否可靠，碳刷振动和压力不均匀都会引起碳刷电流分配不均。检查刷盒压脚和弹簧是否软化或断裂。2.3电机绕组送电前应对绕组进行绝缘电阻测量（1000V兆欧表），绝缘电阻值不低于0.5MΏ的数值。检查绕组与机座的连接线绝缘是否有损伤或相互短路等情况。注意观察主极绕组和换向绕组的温升是否正常。2.4轴承及其润滑系统对于油环润滑的轴承，轴承室中油面高度应在规定范围内，如果油面过低造成润滑不良，过高会发生溢油现象。在轴承周围，如发现渗油，积油现象，应检查轴承室是否有泄漏，并及时清除。2.5冷却系统的维护通常直流电机采用强迫风冷、空气水循环冷却器两种冷却方式，对于空气水循环冷却器冷却方式，冷却装置的风机由于转速较高，常出现烧损，直接影响通风冷却效果，绝对要重视。检查过滤器是否有灰尘阻塞，经常检查冷却装置进、出水阀是否开启，进水温度≤33℃，保证水循环运行正常。3、直流电机管理

维护应专门安排有直流电机维护经验的人员，负责机组的直流电机巡检、维护工作。主要工作包括：电机运行记录：详细记录电枢绕组温度、励磁绕组温度、碳刷温度、刷盒温度、轴承温度（40℃环境时，绕组温度低于70℃，换向器温度低于80℃，轴承温度低于40℃），是否有异常温升，做好火花状态记录，轴承有无异常振动或异常响声。定期吹扫电机，保证换向器表面清洁，使换向器建立良好的氧化膜。4、直流电动机在启动或工作的注意事项励磁回路一定要接通，不能让它断开（启动时要将励磁电流调到最大）。否则，由于磁路只有很小的剩磁，就可能发生下列事故：电动机是静止的，由于转矩太小，它将不能启动，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险；如果电动机在有载运行时断开励磁电路，反电动势立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩不能满足负载的需要，电动机必将减速而停转，更加促使电枢电流的增大，以致烧毁电枢绕组和换向器；如果电动机空载运行，它的转速可能上升到很高（这种事故称为飞车），使电动机遭受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组烧坏。因此切记：在使用电动机时，如果要改变直流电动机的转动方向，必须改变电磁转矩的方向；经常或及时检查电枢电路中的串接启动电阻，随时更换串接电阻，防止该电阻阻值发生变化，特别是阻值减。三、MCC辅助设备系统1、入口辅助设备1.1步进梁，步进梁动作可分为快速和慢速两种并由液压缸驱动。步进梁前进后退都有2个接近开关：一个为检测步进梁到后，阀台输出减小，使步进梁慢速水平移动。一个检测为步进梁水平移动的停止位。步进梁上升下降也分快速慢速。其上升和下降到位检测由安装在步进梁垂直移动的液压缸编码器来检测。画面如下图步进梁手动慢速前进条件步进梁不在前进停止位。步进梁区域无快停。步进梁无升降。翻钢机在低位或翻钢机在上升减速位且无翻钢动作。步进梁手动快速前进条件步进梁不在前后2个减速位。步进梁区域无快停。步进梁无升降。翻钢机在低位或翻钢机在上升减速位且无翻钢动作。步进梁手动慢速后退条件

步进梁不在后退停止位。步进梁区域无快停。步进梁无升降。步进梁不在后退停止位。步进梁手动快速后退条件

步进梁不在前后2个减速位。步进梁区域无快停。步进梁无升降。步进梁手动慢速上升条件

步进梁不在上升停止位。步进梁区域无快停。步进梁无移动。翻钢机无动作。步进梁手动快速上升条件

步进梁不在上升停止位和上升减速位。步进梁区域无快停。步进梁无移动。翻钢机无动作。步进梁手动慢速下降条件

步进梁不在下降停止位。步进梁区域无快停。步进梁无移动。翻钢机无动作。步进梁手动快速下降条件

步进梁不在下降停止位和低位。步进梁区域无快停。步进梁无移动。翻钢机无动作。1.2翻钢机翻钢机作用是把立卷改为卧卷便于开卷。在线上能看到的左右翻钢的动作其实是由一个液压缸以升降来完成动作。其位置检测由4个接近开关完成。在翻钢机上升到一定距离时要使翻钢机推板上升托住钢卷不使钢卷突然下降撞击变形。翻钢机慢速上升条件1#前进步进梁在后退停止位或后退减速位。2#步进梁在前进停止位或前进减速位。入口段或操作台无急停。翻钢机不在上升停止位。翻钢机快速上升条件1#前进步进梁在后退停止位或后退减速位。2#步进梁在前进停止位或前进减速位。入口段或操作台无急停。翻钢机不在上升停止位。翻钢机不在上升减速位。翻钢机慢速下降条件

1#前进步进梁在后退停止位或后退减速位。2#步进梁在前进停止位或前进减速位。入口段或操作台无急停。翻钢机不在下降停止位。翻钢机快速下降条件一1#前进步进梁在后退停止位。二2#步进梁在前进停止位。三入口段或操作台无急停。四翻钢机不在下降停止位。五翻钢机不在低位。推板伸出条件：推板不在伸出位。步进梁区域无快停。推板操作伸出。推板操作无缩回。缩回条件：无快停。推板伸出到位5秒延时已到。步进梁区域无快停。1.3上卷小车上卷小车上升下降由一液压缸完成，其移动距离检测由一位移传感器完成，在PLC中标识为L11_ECC_Height_Ai。小车前进后退距离由激光编码器完成，在PLC标识为Coil_Car_Pos上卷小车手动慢速前进条件

上卷小车无自动运行。上卷小车无后退。上卷小车无快速前进。上卷小车不在前进停止位。无急停。上卷车手动前进连锁条件满足。上卷小车手动快速前进条件

上卷小车无自动运行。上卷小车无后退。上卷小车无快速前进。上卷小车不在前进停止位。无急停。上卷小车不在前进减速位。上卷车手动前进连锁条件满足。上卷车手动前进连锁条件

开卷机位置OK、上卷车到达卷筒中心线位置或小车处于后退位置和中间位置之间或小车不处于后退位置和中间位置之间、上卷小车无钢卷、上卷小车不在手动中心线上或上卷小车在手动中心线上。上卷小车不在前进停止位。无快停。小车高度正确。开卷机位置OK条件

1#开卷机移出到位。2#开卷机移出到位。开卷机1(DS)对中推板后退位置开卷机2(OS)对中推板后退位置开卷机压辊打开位置开卷器开卷刀后退位置。开卷器导板台下降位置上卷小车手动慢速后退条件

上卷小车无自动运行。上卷小车不在后退停止位。无急停。上卷车手动后退连锁条件满足。小车无前进。上卷小车手动快速后退条件上卷小车无自动运行。上卷小车不在后退停止位。无急停。上卷车手动后退连锁条件满足。小车无前进。上卷小车不在减速位。上卷车手动后退连锁条件满足以下三点任意一点

上卷小车不在后退极限位、上卷小车在中间位、小车上无钢卷或在有钢卷时小车在上升减速位。2#步进梁无前进2#步进梁在起点。小车距离小于250上卷小车手动慢速上升条件

上卷小车不在中心位置。上卷无自动。上卷车手动上升条件满足。小车无快速上升。小车无下降。无急停。上卷小车手动快速上升条件

上卷无自动。上卷车手动上升条件满足。上卷小车不在上升减速位。小车无慢速上升。小车无下降。无急停。上卷小车手动慢速下降条件

上卷无自动。上卷车手动下降条件满足。上卷小车无上升。无急停。小车无快速下降。上卷小车手动快速下降条件

上卷无自动。上卷车手动下降条件满足。上卷小车无上升。无急停。小车无慢速下降。上卷小车不在减速位。上卷车手动下降条件

小车在后极限位置、5#鞍座(地辊)位置有钢或1#鞍座位置有钢或2.小车不在后极限位置。2#步进梁没打到自动状态。上卷小车不在下降极限位。无急停。上卷小车旋转条件

无急停在旋转位或上卷小车无钢卷或在下降极限位。2、出口辅助设备主要由以下主辅设备组成：3#张力辊、出口活套、6#控制辊、4#张力辊、平整机、三辊装置、5#张力辊、冲边剪废料收集装置、冲边机、7#控制辊、回转式圆盘剪、废边卷取机、检查台、6#张力辊、三辊穿带装置、静电涂油机、2#剪、2#剪废料移出装置、卷取机等。带钢开卷后，经过夹送矫直机进入切头剪中，切除不合格头部，在焊机中进行头尾焊接。焊接后的带钢通过入口活套进入酸洗槽去除表面氧化铁皮，再进入漂洗槽漂洗。之后，热风烘干机将带钢表面烘干经过出口活套进入平整机。此时，根据需要是否平整。平整后的带钢进入圆盘剪，对部分带钢进行切边，热轧酸洗商品卷表面涂防锈油。需轧制的钢卷由吊车吊到轧前库存放，等待轧制。2.1出口液压站就地操作站（12S13）上为出口液压系统提供了“就地/远程”开关，实现远程控制模式和就地控制模式，对于远程控制模式，操作员在HMI上操作各个泵的“启动”和“停止”按钮控制出口液压系统的运行。对于就地控制模式，操作员在就地操作箱上操作各个主泵和循环泵的“启动”和“停止”按钮选择即可。正常工作时，主泵工作，其余泵作为备用(备用泵可以手动投入使用)，当工作泵出项电气故障，相应的过滤器故障时，备用泵投入使用。另外，人工选择工作泵，未选的泵自动作为备用泵，选择工作泵的条件为：各个泵有大体相同的工作小时数。主油泵启动前，循环泵必须已经在运行状态，并且处于连续工作状态。当主泵运行5秒且油压正常时，“Exithydraulicisrunning“状态显示正常。出口液压站准备好条件

5个主油泵电机的接触器必须合闸出口液压站无急停信号出口液压站油箱液位控制器无低低液位故障出口液压站油箱液位控制器无低液位故障出口液压站油箱温度控制器温度高于45℃出口液压站油箱温度控制器温度低于35℃出口液压站油箱出油口吸油阀打开循环泵电机运行故障或者报警电机或者加热器设备：电机(包括泵和电加热器)启动运行时各个电机的断路器没有闭合5个主油泵电机的接触器不协调循环泵电机的接触器不协调电加热器设备接触器不协调循环泵电机运行和主油泵运行不协调(主油泵在运行而循环泵没有运行)液位检测设备：低低液位，报警低液位，油箱需要加油，报警高液位，不得加油，报警温度检测设备：低低温度，主油泵不能启动，并低温报警偏低温度，电加热器通电，加热启动温度高于60℃，延时20秒，报警压力检测设备：压力高，报警压力低，报警过滤器设备：各主油泵对应的过滤器堵塞，报警循环过滤器堵塞，报警回油过滤器堵塞，报警压力检测设备：系统压力太低，报警，系统压力低，报警命令条件主油泵电机(MP1,MP2,MP3,MP4,MP5)控制方式：手动对于每台主油泵电机，循环泵以及电加热器，有两种运行方式：远程方式及就地方式。远程和就地控制方式的选择按钮设在现场操作箱上。初始条件:无低液位故障无低低温度无主油泵在运行初始条件:无低液位