直流电机应用-直流电机的铭牌和绕组（电机与拖动）

直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式直流电机特性，主要指直流电机工作时的电流、转矩、效率、转速与负载的关系统特性。对直注电动机来说，有工作特性与机械特两类。本节从功率平衡出发，重点分析直流电机的电压、功率、转矩的平衡关系，运行特性，机械特性。直流电机的励磁方式：他励电机并励电机积复励电机差复励电机串励电机连接特点：励磁电源与电枢电源分别为独立的电源，这两个电源电压可以相同，也可以不同。他励式直流电机和励磁电流与电枢电流无关，不受电枢回路的影响，机械特性较硬，适用于精密加工直流电动机拖动系统。直流电机的励磁方式：他励电机并励电机积复励电机差复励电机串励电机连接特点：励磁电源与电枢电源由同一电源供电，与他励方式相比，可节省一个直流电源。并励直流电机的特性基本与他励相同，机械特性较硬，一般用于恒压拖动系统，故中小型直流电机多采用并励方式。直流电机的励磁方式他励电机并励电机积复励电机差复励电机串励电机接线特点：这种电机有两励磁绕组，即并励绕组和串励绕组。若使并励磁通与串励磁通方向相同，称积复励积复励直流电机具有较大的起动转矩，机械特性软，介于并励与串励之间。多用于起动转矩要求较大，转速变化不大的负载直流电机的励磁方式他励电机并励电机积复励电机差复励电机串励电机这种电机有两励磁绕组，即并励绕组和串励绕组；若使这两个磁通相反则称差复励。直流电机的铭牌直流电机的铭牌一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。这种原理在电机理论中称为。可逆原理。电机的可逆运行原理直流电机的铭牌1、额定功率PN指电机在铭牌规定的额定状态下运行时，电机的输出功率，以“W”为量纲单位。若大于1kW或1MW时，则用kW或MW表示。

额定值是制造厂对各种电气设备（本章指直流电机）在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌数据。对于直流发电机，PN是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流的乘积。即：PN＝UNIN

对于直流电机，PN是指输出的机械功率，所以：PN＝UNINηN直流电机的铭牌03050204指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，以“A”为单位。⒊额定电流IN

指电机在额定状态时的励磁电流值。⒌额定励磁电流If指额定状态下电枢出线端的电压，以“V”为单位。⒉额定电压UN指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为单位。⒋额定转速nN有些物理量虽然不在电机铭牌上，但它也是额定值。例如在额定运行状态下的转矩、效率分别为额定转矩和额定效率等，这些额定数据也叫铭牌数据。直流电机的铭牌直流发电机的额定容量、电压、电流、效率、输入功率关系额定容量，对直流发电机而言，是指发电机带额定负载时，电刷端输出的功率直流电机的铭牌直流发电机的额定容量、电压、电流、效率、输入功率关系输出功率为机械功率，为输出功率与发电机损耗的总和，所以等于额定功率除以效率。直流电机的铭牌直流电动机的额定功率为输出机械功率，其值为输入电功率乘以效率。直流电动机的额定容量电压、电流、效率关系直流电动机的输入功率为电功率。直流电机的铭牌电动机轴上输出的额定转矩用TN表示，其大小应该是输出的额定机械功率除以转子额定角速度。直流电机的铭牌如果运行时电机的负载小于额定容量，称为欠载运行：而运行时电机的负载超过额定容量，称为过载运行。长期的过载或欠载运行都不好。长期过载有可能因过热而损坏电机，长期欠载则运行效率不高，浪费容量。在选择电机时，应根据负载的要求，尽可能让电机在额定状态。直流电机电枢绕组的基本术语及关系直流电机电枢绕组的基本术语及关系一个元件由两条元件边和端接线组成。元件边放在槽内，能切割磁力线产生感应电势，叫有效边，端接线放在槽外，通过接入换向片，使所有线圈形成一个闭合回路。为了便于嵌线，元件的一个边放在一个槽的上层（称上层边），这个元件的另一边放在另一槽的下层（称下层边）元件的上下边直流电机电枢绕组的基本术语及关系电机电枢上实际开出的槽叫实槽。所谓“虚槽”，即单元槽，一个实槽内有u个虚槽，每一虚槽都有上下两层边。若电枢开的实槽数为Z，则总的虚槽数为Zu，元件的上下边实槽、虚槽直流电机电枢绕组的基本术语及关系每一元件有两个边，而每一个换向片接两个元件边，又因为每一虚槽有两个边，所以一般来说，绕组的元件数S，换向片数K与虚槽数Zu相等。S=K=Zu元件的上下边元件数、换向片及虚槽实槽、虚槽直流电机电枢绕组的基本术语及关系绕组节距是反应元件边的位置关系的一组专用术语，是制作绕组的基本依据元件的上下边绕组节距实槽、虚槽元件数、换向片及虚槽极距绕组节距直流电机电枢绕组的基本术语及关系第一节距y1同一个元件的两个有效边之间的距离称为第一节距元件的上下边绕组节距实槽、虚槽元件数、换向片及虚槽极距绕组节距电枢绕组的第一节距直流电机电枢绕组的基本术语及关系元件的上下边实槽、虚槽元件数、换向片及虚槽极距绕组节距合成节距y相串联的两个元件的对应边之间的节距称为合成节距。它表示每串联一个元件后，绕组在电枢表面前进或后退了多少个虚槽，是反映不同形式绕组的一个重要标志。绕组节距电枢绕组的第一节距第一节距y1直流电机电枢绕组的基本术语及关系元件的上下边实槽、虚槽元件数、换向片及虚槽极距绕组节距换向器节距yk一个元件的两个出线端所连接的换向片之间的节距称为换向器节距。绕组节距电枢绕组的第一节距合成节距y第一节距y1直流电机电枢绕组的基本术语及关系元件的上下边实槽、虚槽元件数、换向片及虚槽极距绕组节距第二节距y2它表示相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边之间的距离。绕组节距电枢绕组的第一节距合成节距y换向器节距yk第一节距y1直流电机电枢绕组的基本术语及关系换向器是由多个紧压在一起的梯形铜片构成的一个圆筒，片与片之间用一层薄云母绝缘，电枢绕组各元件的始端和末端与换向片按一定规律连接，如图8所示。换向器与转轴固定在一起。（4）换向器图8换向器电机与拖动目录/CONTENTS01/绕组02/铭牌直流电机的铭牌和绕组1.绕组电枢绕组是电机产生电磁转矩和感应电动势，进行能量变换的关键部件。电枢线圈用绝缘的圆铜线或扁铜线绕制成一定的形状，放置于电枢铁心槽中（线圈与槽之间有槽绝缘），并用非磁性槽楔封口，线圈的出线端按一定规律与换向器的换向片相连，构成电枢绕组。直流电机的电枢绕组多为双层绕组，线圈分上下两层嵌入铁心槽内，上下层之间有层间绝缘，如图所示。按照元件首尾端与换向片连接规律的不同，电枢绕组可分为叠绕组和波绕组，叠绕组又有单叠和复叠之分，波绕组也有单波和复波之分。直流电机的铭牌和绕组电枢绕组的基本术语及关系元件的上下边实槽、虚槽元件数、换向片及虚槽极距绕组节距第一节距合成节距换向器节距第二节距每一元件有两个边，而每一个换向片接两个元件边，又因为每一虚槽有两个边，所以一般来说，绕组的元件数S，换向片数K与虚槽数Zu相等。S=K=Zu

极距就是一个磁极沿电枢表面所占距离绕组节距是反应元件边的位置关系的一组专用术语，是制作绕组的基本依据

电枢绕组的节距

直流电机的铭牌和绕组

单迭绕组

单迭绕组的基本特点是绕组元件嵌入电枢槽内后，同一元件的首尾端焊接相邻的两个换向片上，相邻的两个元件的首尾相连，往复绕制，按此规律，将所有的元件通过换向片构成闭合回路。单叠绕组的换向器节距和合成节距均为1，即y=yk=1

电枢绕组的节距

一台直流电机，Z＝S＝K=16，2p=4，接成单叠绕组。假想把电枢从某一齿的中间沿轴向切开展成平面，所得绕组连接图形称为绕组展开图，图1.11Z=16，2p=4单叠绕组展开图直流电机的铭牌和绕组2.铭牌1）什么是额定值

电机制造厂按国家标准的要求，对电机的一些电量或机械量所规定的数据2）额定工况电机运行时，有关电量和机械量都符合额定值的运行情况3）额定值额定功率PN(W)

额定电压UN(V)

额定电流IN(A)

额定转速nN(r/min)

额定励磁电压UfN(V)

额定励磁电流IfN(A)和励磁方式等4）直流电动机的额定功率轴上输出机械功率等于额定电压和额定电流的乘积，再乘以电动机的功率5）直流发电机的额定功率电机出线端输出的电功率等于额定电压和额定电流的乘积直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1主极绕组为直流电机提供了主磁场，换向极绕组与补偿绕组则是专为改善直流电机的换向而设置的。这些绕组一旦出了故障，都将出现严重影响直流电机的正常运行。主极绕组、换向绕组、补偿绕组最常见的故障是匝间短路、绕组接地，从而引起电机换向火花大，绝缘电阻值明显下降，甚至为零，使电机不能正常工作。绕组接头松动、断线也有所发生。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1绕组匝间短路，若故障点不严重，可将铜瘤等部分锉掉，用玻璃丝布将匝间损坏部分补强；若匝间绝缘损坏较严重，但绕组线圈良好，则要将全部匝间绝缘剔除，重新垫匝间绝缘；若匝间绝缘严重损坏，引起线圈烧毁，则须重新更换损坏的绕组线圈。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1绕组对地故障，若故障不严重，则可将故障点剔除干净，成阶梯状，用相同绝缘材料包扎好，然后用绝缘漆涂刷，进行干燥处理及检验。若对地故障严重，应将全部对地绝缘剥除，使用同等级绝缘材料包扎。如果线圈对地故障造成铜线截面减小，应用锒焊条或铜焊条进行补焊，用锉锉平后，打磨光滑后，重包绝缘，再将线圈套在铁心上，进行整体浸漆。对于损坏特别严重的则应更换新品。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1主极绕组故障分析主极绕组短路故障分析主磁极绕组断路故障分析并、串主磁绕组的连接故障分析主磁极绕组线圈方向接错故障分析造成主极绕组线圈短路主要原因是由于绝缘老化，工作环境恶劣，灰尘特别是金属粉尘沉积绕组表面，使电机绝缘等级降低；另外是在运行过程中的机械擦损等原因造成。当主磁极绕组出现部分线圈短路后，由于励磁电阻的减小，励磁电流增大，从而使励磁损耗增大，线圈发热加剧，短路点的绝缘垫被损坏，甚至绕组线圈烧毁。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1主极绕组故障分析主极绕组短路故障分析主磁极绕组断路故障分析并、串主磁绕组的连接故障分析主磁极绕组线圈方向接错故障分析由于匝间短路，使各主磁极的磁动势匀，无故障磁极的磁动势大于故障磁极，这就将造成合成磁场严重畸变，这一方面使换向恶化，火花增大。另一方面，使电枢各支路感应电动势失去平衡，造成电枢绕组支路间的环流无形中又增大了电枢回路有功损耗这就会使直流电机运行异常，磨损加剧出现同周性振动噪声。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理主极绕组故障分析主极绕组短路故障分析主磁极绕组断路故障分析并、串主磁绕组的连接故障分析主磁极绕组线圈方向接错故障分析若只是复励电动机（实际常用的为积复励）串励绕组的部分匝间短路，会使串励磁通减小，其合成主磁通减小（补偿减少），机械特性要变硬，从而使电动机的转速升高，负载越大时则其转速变化越明显若带的是恒转矩负载或重载，这时的电枢电流要超过额定值，电机发热增大，甚至过流跳闸。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1主极绕组故障分析主极绕组短路故障分析主磁极绕组断路故障分析并、串主磁绕组的连接故障分析主磁极绕组线圈方向接错故障分析应急处理方式：仔细检查，寻找出短路线圈，若只存在表面，而且匝数少，可作适当的修复处理，若损坏严重，则要更换。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1主极绕组故障分析主极绕组短路故障分析主磁极绕组断路故障分析并、串主磁绕组的连接故障分析主磁极绕组线圈方向接错故障分析直流电机在整个运行过程中，是决不允许励磁断路的，否则将造成“飞车”重大事故。其断路故障大都出在操作控制失误等情况下。直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理1主极绕组故障分析主极绕组短路故障分析主磁极绕组断路故障分析并、串主磁绕组的连接故障分析主磁极绕组线圈方向接错故障分析对于未起动的直流电动机，若励磁绕组断路，主磁场还未建立，基本无起动转矩，电机不能起动，由于此时的电枢电流为堵转电流，电枢绕组发热，温升较快，还会出现较大的振动声；对于直流发电机，即使达到了额定运行转速，也无电压输出。此时检查励磁监测电流表的读数为零。若是将补偿绕组误与主磁极绕组相串联，那就完全失去了与负载变化同步补偿作用，即换向火花随负载的大小变化而相应变化；由于补偿绕组的电流方向固定，当电枢电流反向后，补偿的效果也相反，即造成某一转向时换向火花会减小，而在另一转向下则换向环火增大。补偿绕组的连接故障分析直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理2电枢绕组短路的原因，往往是由于绝缘老化，机械损擦损使同槽绕圈间的匝间短路或上下层之间的层间短路。对于使用时间不长，绝缘并未老化的电机，当只有一、两个线圈有短路时，可以切断短路线圈，在两个换向片接线处接以跨接线，作应急使用，如图所示。若短路绕圈过多，则应送电机修理厂重绕。电枢线圈的短接单波绕组单迭绕组直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理2对于叠绕直流电机的电枢绕组线圈，其首尾正好在相邻的两片上，所以将对应的这两个换向片短接就可以了。而对于单波绕线，其短接线应跨越一个极矩。具体的位置应以准确的测量点来定，即被短接的两片换向片间的电压测量读数最小或为零。电枢线圈的短接单波绕组单迭绕组直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理2电枢绕组断路的原因多是由于换向片与导线接头焊接不良，或由于电机的振动过大而造成脱焊，个别也有内部断线的，这时明显的故障现象是电刷下产生较大火花。具体要确定是哪一线圈断路，检测方法如图3.电枢绕组断路及处理直流电机主极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理2抽出电枢，将直流电源接于电枢换向器的两测，由于断线，回路不会有电流，所以电压都加到了断线的线圈两端了，这时可通过毫伏表依资助测换向片间的电压，当毫伏表跨接在未断线圈换向片间测量时