电机扩大机的原理与检修Word格式文档下载.docx
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电机扩大机可以分为交轴磁场电机扩大机,直轴磁场电机扩大机,自差式电机扩大机,按励磁方式又可分为他励式和自励式两种,目前国美生产的多为交轴磁场扩大机(简称交磁扩大机或电机扩大机)其功率范围为0.15-50千瓦,电压有115伏,230伏,460伏三种。
二.结构原理:
1,结构
交轴扩大机实际上是具有共磁系统两级放大的他励直流发电机,其结构与普通的直流电机相似,电枢绕组和一般直流发电机一样,但在换向器上安放有两对电刷,一对电刷放在磁极的中性线上,即与磁极正交,称为交轴(或横轴)电刷,但她是用导线短接起来的;
另一对电刷放在磁极的轴线上,称为直轴(或纵轴)电刷,直流电机扩大机由扩大机和驱动电动机组成,它有两种形式,一种是扩大机与三相异步电动同轴结构,另一种是扩大机与驱动电动机借联轴器外部传动。
扩大机的定子铁心由硅钢片叠压而成,制成隐极式结构,硅钢片上冲有大槽,中槽,和小槽,如下图,两个大槽内嵌放2-4个控制绕组C和部分补偿绕组WC,小槽内嵌放分布式的补偿绕组,中槽内嵌放换向极绕组B,如果具有助磁绕组(或称横向绕组),则把助磁绕组的一边嵌放在中槽内,另一边嵌放在大槽内,大槽轭上还绕有交流去磁绕组G,定子磁路系统有两个大槽隔成两个主磁极,中槽之间形成换向磁极,机壳,端盖和轴承等都与直流电动机相似,有的扩大机刷握周围用绝缘材料制成外框,直接固定在端盖上,省去了刷架。
2.工作原理:
电机扩大机的工作原理如图所示,扩大机的电枢槽内嵌放单叠绕组,当控制绕组C接受外来控制电压时,便有控制电流IC流过,IC产生磁通ΦC,如果这时由原动机拖动,以转速N顺时针旋转,则电枢导体切割磁力线(即切割ΦC),将产生交轴电势,其方向由右手定则测出,此时,在交轴电刷B3,B4之间将产生电势(约几伏),但电刷B3,B4是短路的,就出现了短路电流I2,由于I2流过电枢导体,又产生了一个交轴ΦC,相互垂直,故称交轴磁通,这个磁通相当于直流发电机的电枢反映磁通,同理,它也被电枢导体切割又会产生远远大于EQ的直轴电势ED,在直轴电刷B1,B2上接上负载,就会又较大功率输出,由此可见,电机扩大机的工作相当于一组两级放大的直流发电机,不过在结构上将第二级励磁绕组,借用第一级的电枢反应磁通,共用一个电枢进行两级放大,这种电机扩大机具有两级直流发电机的放大系数。
当扩大机接上负载以后,直轴的电枢回路就有ID通过,它产生的直轴电枢反应磁通,其方向与ΦC相反,将大大消弱ΦC,使扩大机根本不能带负载工作,因此,必须设法消除直轴电枢反应,方法是,在定子上加补偿绕组,它与电枢绕组串联,其磁通ΦCP与ΦC方向相同,而且随输出电流的增减而增减,故可抵消直轴电枢反映的去磁作用,能在不同电流下得到较好的补偿。
在交轴电刷之间还串有助磁绕组J,它产生的磁通,能使交轴电流减小,以利于改善交轴的换向,为了改善直轴换向,在中槽内嵌有换向绕组作换向磁极,在大槽中装有去磁绕组,使固有磁滞回线变窄,从而提高了电机转速稳定性和减小了电机的剩磁电压。
在国产电机扩大机种“Z”表示直流,“K”表示控制,第二个“K”表示电机扩大及,“J”表示原动机为交流电动机。
3.工作特性:
特性
含义
要求和指标
附注
空载特性和剩磁电压
空载特性是指空载输出电压U0与控制磁势FC之间的关系如下图:
剩磁电压是指当空载输出电压自零上升到额定电压UN的1.3倍后,再将控制电流逐渐减少到零时的输出电压Uout
对空载特性的主要要求是线性度要高,即空载特性的直线部分要长,剩磁电压要小,电机扩大机的剩磁电压通常在有去磁绕组时不大于额定输出电压的5%,不采取任何措施,不大于额定输出电压的15%
外特性
外特性是指控制电流Ic为常数时,输出电压Uout和输出电流Iout的关系如下图
1,为全补偿
2,为欠补偿
3,为过不长
对外特性的基本要求是:
在电压变化率为30%时,控制电流自零到额定值的范围内,所有外特性曲线是下降的,如下图:
改变不长调节电阻Rcr可以改变补偿绕组磁势,Frp的补偿程度,Rcp越大,补偿越强,外特性越硬,Rcp越小,补偿越弱,外特性越软,为了使电机扩大机工作稳定,防止负载自激,通常将外特性调整在不大的欠补偿状态
功率放大系数
功率放大系数是指电机扩大机在额定负载时的输出功率Pout与控制绕组额定输入功率Pin之比
Kp=Pout/Pin
要求功率放大系数尽可能大些,电机扩大机的功率放大系数通常在500-5000范围内
功率放大系数与补偿程度,直轴电流有关,补偿程度越强,放大系数越大,电机扩大机的功率放大系数一般是指电压变化率为30%时的功率放大系数
控制方便
通过对控制绕组电流的调节,来改变扩大机主磁场的强弱,从而改变扩大机的输出电压。
该种电机具有2-4个控制绕组,可以同时加进几种不同的信号,进行叠加或比较,可以满足自动控制系统的要求
时间常数
控制绕组
τc=
Lc为控制绕组电感
Rc为控制绕组电阻
时间常数要求尽可能小些
c一般为0.03-0.06s
τq一般为0.05-0.1s
加上前一级的电阻后,控制绕组的时间常数可能很小,因此,交磁电机扩大机的快速响应主要取决于τq
交轴回路
τq=
Lq为交轴回路电感
Rq为交轴换向去磁及电枢铁损去磁的等效电阻
过载能力
输出回路
输出回路的过载能力,是指瞬时的过功率,过电压,过电流分别于额定功率,额定电压,额定电流之比
过载能力要尽量大些,电机扩大机的瞬时过功率可达2倍,瞬时过电流可达1.5倍,瞬时过电流可达3.5倍;
控制绕组的过载能力一般为5-9倍
控制绕组的过载能力是指长期允许电流与额定控制电流之比
电机扩大机算是比较先进的电机控制系统,因此,目前笔者掌握的关于其的资料还比较少,仅限于维修、实验等具体的工作,其系统的维修工艺还不算成熟,将会在以后的工作学习中继续研究,学习。
三.去磁效应对扩大机特性的影响:
1,交轴延迟换向去磁
实际上扩大机在交轴上没有换向极,故交轴换向是延迟换向,交轴延迟换向电流在换向元件中所产生的磁通Φ0与控制磁场Φc方向相反,起去磁作用
2.电枢铁耗去磁
电枢铁心在交轴磁场中旋转,当电枢铁心截面从垂直于交轴磁场位置转到水平位置时,切割交轴磁场产生涡流,此涡流产生的磁场方向,正好抵制穿过铁心磁场,使其减少,因此,涡流产生的磁场对控制磁场起去磁作用,如图,另外当铁心截面转到水平位置时,由于磁滞作用,截面的磁通密度不为零,有剩磁存在,它与控制磁场的方向相反,同样起到去磁作用,称为剩磁去磁,以上两种去磁现象统称为铁耗去磁,虽然在这其中去磁效应其值很小,但因扩大机的控制磁势较弱,相对来说其去磁作用是可观的
3移刷去磁
顺旋转方向移动交轴电刷,交轴电流产生的磁势有直流分量,它对控制磁势起去磁作用,逆旋转方向移动交轴电刷,其作用与顺移电刷的作用相反。
顺移和逆移直轴电刷,直轴电流产生的磁势,有交轴分量,它对交轴磁势起去磁或助磁作用,移刷去磁虽然其值也不是很大,但对扩大机的特性同样有显著的影响。
五.选择和使用:
1.选择
电机扩大机的额定功率,额定电流以及额定电压,应与系统典型负载截图所折算出的等效功率,等效电流以及平均电压相等,并应该有10-20%的余量
系统要求的最低运行电压应高于电机扩大机的剩磁电压,并留有一定的余量。
正确选择控制绕组,并注意极性,当前级需构成推挽式差动放大线路时,要选用参数相同的两个控制绕组,当前级为电子管放大器或作为电压负反馈绕组时,应选用高电阻的控制绕组,当前级为晶体管放大器或作为电流负反馈绕组时,应选用低电阻的控制绕组。
2.使用
电机在出厂时,制造厂对电刷的位置做了明显的标记,调整电刷位置时,注意不要偏移过多,恰当地调节外特性的软硬度(在调节外特性的时候,还可以通过调节分流电阻来使扩大机的外特性发生改变),制造厂保证电压变化率为30%时,控制电流Ic由零到额定值的范围内,全部外特性不上翘,在调整和运行的过程中,应避免短路,自励,过分强行励磁及长期单一方向使用(单方向励磁),以免造成剩磁电压过高,难以矫正,在使用过程中,应随时检查扩大机的电刷的紧固螺栓以及接线盒内的固定螺丝,以保证扩大机能够在接触电阻很小的状态下使用,否则,会引起不正常的电流过大,从而烧毁扩大机。
四.常见故障与检修
1.空载时电压很低或不发电
检查转速,可凭经验或用转速表测量转速是否低于扩大机铭牌上所标注的转速,如转速差别较大,可检查拖动电机是否有故障。
判断控制电路时否有故障,在控制系统中,给控制绕组以额定的电压,用仪表测量扩大机控制绕组的电压,若无电压或电压过低,则属于控制电路的故障
检查扩大机本身的故障,用万用表测量控制绕组的电阻,如电阻过小,说明控制绕组短路;
若电阻过大,则说明控制绕组断路,测量时,由于环境温度的不同,其标定的数值会有微小的差别,应视为正常。
检查交轴电刷是否卡在刷握内,换向器与电刷接触面积是否太小,换向器是否清洁,电枢绕组或换向器是否短路。
检查交轴电刷的连线是否松脱和断线,电刷位置是否移动过多
检查补偿绕组是否断路,接反
检查交轴助磁绕组是否接反,检查时可将绕组两头对调,维持控制电流不变,若其空载输出电压增高,说明原绕组接线错误
2.空载电压正常,加载后电压明显下降
补偿绕组接反:
不起助磁作用,反而起去磁作用,使电压明显下降,在控制绕组中串联一个电流表,就可判断补偿绕组是否接反,当加负载时,电流表的电流值大于额定电流,而且电流表的指针左右摆动,说明补偿绕组接反。
换向磁极绕组接反:
不起改善换向的作用,反而使换向更加困难,造成换向片与电刷间跳火变大,而且发出“知知”的声音。
电枢绕组极性接反:
使控制绕组与补偿绕组极性和换向磁极绕组极性都相反,致使电压明显下降,甚至接近零。
电枢绕组局部短路或绕组与换向器的引线假焊,虚焊,或松脱。
换向极绕组或补偿绕组短路:
两绕组受潮或接触腐蚀性物质以及过热,都会造成绝缘击穿,老化脱落而短路,拆装时压伤了绕组的引线,也能造成短路。
检查时,可把换向极绕组和补偿绕组分别加上低压交流电(电流应小于额定电流)进行测量。
先对补偿绕组加交流电,将换向极个绕组的连线拆开,测量比较各换向极绕组的电压是否一样,电压低的为短路绕组,以同样的方式测量补偿绕组,可将交流电加在换向极绕组上。
补偿绕组并联电阻短路:
将电阻外接线拆除,用仪表测量其电阻是否小于额定值,即可判断。
3.加负载后电压过高
电刷中性线位置不对,可校正电刷中性线位置,即顺旋转方向移1-2片换向片。
补偿绕组过补偿,可调整补偿绕组的并联电阻,使流过补偿绕组的电流减小,以减弱补偿效果。
补偿绕组的并联电阻断路。
(一般来说补偿绕组中通过的电流与电枢中通过的电流一样,即输出电流,在其上面并联电阻,该电阻的功率必须很大,故而相当占面积,一般来说,都不会在其上面并联分流电阻)
4.空载时未加控制信号却有输出电压:
转向或电刷位置不正确:
有剩磁时,电机扩大机转向不正确,会引起电压过高,如果转向正确,可调整电刷位置,调整时,可将电刷顺旋转方向移动电刷至中性线位置。
剩磁过大:
使空载时出现较高的电压,检修时应做去磁处理:
①在去磁绕组中通入交流电(约12伏)数秒即可。
②对无去磁绕组的扩大机,应将扩大机外部接线拆开,然后开动拖动电机,吧直流电压表跨接到补偿绕组和换向绕组不接电枢的那一端(表的量程可用0-100伏),将各种控制绕组串联起来,接到单相自藕变压器的输出端,逐步升高自藕变压器的输出电压,并观察电压表的读数,到其剩磁电压降至额定值的50%以内时,再将自藕变压器的输出电压逐渐降到零,这样反复几次,每一次上升的最高电压都比前一次的低,最后调整到零。
③采用高速空载运转的方法去磁,将给定信号调整到最大值上,使扩大机带较小的负载,反复正反转(负载指旋转电机),再将给定信号调整到最小值,测量电机扩大机的输出电压,直至达到要求为止。
④利用电枢反应法去磁,可将扩大机负载不经补偿绕组,直接接到电枢两端,使扩大机工作在严重欠补偿的状态下,扩大机旋转后,由于直轴电枢反应,会使剩磁电压逐渐减少,当达到正常值后,停机恢复原来的接法。
⑤换向极绕组去磁法,将换向反接,扩大机旋转,接上负载,当剩磁电压达到要求的数值后,停机恢复原来的接法。
。
剩磁电压的测定方法:
对电机扩大机的剩磁进行去磁后,测定其剩磁电压是否达到要求,可用如下方法:
将控制电流逐渐增加,直到输出电压等于130%额定电压为止,然后,逐渐减小控制电流为零,此时测得的输出电压即为剩磁电压(一般不超过额定电压的5%)
5.空载电压过高或自励
若电刷逆旋转方向移动过大,则有助磁作用而产生自励。
电机扩大机逆箭头所示方向旋转造成自励。
半节距交轴助磁绕组1,3象限中有短路现象。
对于有交轴助磁的扩大机,将交轴,直轴电刷引线互相接错。
6.电压不稳定
交流去磁绕组并联接头接反,对去磁绕组加上4伏左右的交流电压,测量控制绕组,应有明显的电压,如无电压,说明去磁绕组接错。
交流去磁电压加的过高,去磁绕组交流电压正常值为1-3伏。
交轴电刷接触不稳定,电刷与换向器有时接触,有时不接触,或电刷的连接线头松动,造成以上故障的原因是:
①电枢动平衡不良或同轴度不高②换向器不圆或云母片凸出③端盖轴承室与轴承配合太松④轴变形,如弯曲磨损等
7.电刷下火花过大
如果将交轴,直轴电刷引线互相接触,电机发出尖叫声,而且电压低,火花大
8.扩大机烧毁
扩大机过热或者烧毁包括电枢绕组烧毁或控制绕组烧毁,除电机剩磁电压过高或自励,产生高电压而烧毁外,其他原因均与直流电机相同
参考文献:
【1】.《电机学》,胡虔生等编,中国电力出版社,2005年
【2】.《电机学》周鄂主编,水利电力出版社,1995年
【3】.《实用机械电气技术手册》,实用电气技术手册编委会编写,山东科学技术出版社,1998年
【4】。
《电机及拖动基础》,顾绳谷主编,机械工业出版社,2007年
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