【教学目标】
1、掌握直流电动机励磁方式、接线图
2、掌握直流电动机的起动、调速和制动
3、掌握直流电动机的拆装及常见故障的排除
4、掌握直流电动机的修复后的试验
【教学重点】
直流电动机的励磁方式、接线图、起动、调速、制动拆装及常见故障的排除、修复后的试验
【教学难点】
直流电动机的励磁方式、起动、调速、制动拆装及常见故障的排除
【教学方法】
演示法、讲授法（主要是启发式讲解）、多媒体课件
【教学课时】
4课时
【教学过程】
【一、引入新课】
通过放映直流电动机的励磁方式和接线图，引入本节课题。
【二、讲授新课】
一、直流电动机的励磁方式、接线图及出线端标志
1、励磁方式及接线图
直流电动机工作时，首先需要建立一个磁场，它可以由永久磁铁或由直流励磁的励磁绕组来产生。由永久磁铁构成磁场的电动机叫永磁直流电动机。对由励磁绕组来产生磁场的直流电动机，根据励磁绕组和电枢绕组的联接方式的不同，分为他励电动机、并励电动机、串励电动机、复励电动机。
（1）他励电动机是电枢与励磁绕组分别用不同的电源供电，如图7-9（a）所示，永磁直流电动机也属于这一类。
图7-9直流电动机接线图
（a）他励（b）并励（c）串励（d）复励
（2）并励电动机是指由同一电源供电给并联着的电枢和励磁绕组，如图7-9（b）所示。
（3）串励电动机的励磁绕组和电枢绕组相串联，串励绕组中通过的电流和电枢绕组的电流大小相等，如图7-9（c）所示。
（4）复励电动机是既有并励绕组又有串励绕组，并励绕组和串励绕组的磁势可以相加，也可以相减，前者称为积复励，后者称为差复励，如图7-9（d）所示。
二、直流电动机的基本方程式
三、直流电动机的机械特性
四、直流电动机的起动、调速和制动
1、直流电动机的起动
起动--从静止到一个稳定态的过程。
对起动的基本要求：
（1）、足够大的起动转矩Tst ；
（2）、起动电流限制在允许范围内；
（3）、起动时间短；
（4）、起动设备简单、经济、可靠。
常用的起动方法：
（1）、直接起动－－适用于小容量电机。
（2）、电枢串电阻器起动－－损耗大。
（3）、降压起动－－须有专用电源。损耗小，起动平稳。
电阻分级起动过程分析：
选择最大转矩T1，电阻切换转矩T2
2、他励直流电动机的调速
调速的目的：改变生产机械的工作速度，提高生产率。
方法：机械方法、电气方法、机械电气配合。
机械方法：改变转动机构的速比实现，机构复杂。
电气方法：机械结构简单，但电气结构复杂，在一定负载下可获得多种速度。
本节只讨论他励直流电动机的调速方法及其优缺点。
他励直流电动机的转速特性：
可见，要改变电动机的转速，有三种方法：
（1）调节电枢端电压U；降压方向，从向下调
（2）调节励磁磁通Φ；弱磁调速，从向上调
（3）调节电枢外串电阻；从向下调
注意：调速与因负载变化而引起的转速变化是不同的。调速要人为的改变电气参数，机械特性变了，而改变负载时电气参数未变，机械特性也未变，在同一条特性上变化。
（1）、电枢串电阻：
1)、物理过程：
电枢串电阻后，电阻上流过电流产生压降，电枢端电压降低。从图可知：电枢端电压的数值受负载影响很大，转速受负载的影响也很大，在空载时几乎没有调速作用。在负载Tz下，串不同电阻得到不同转速，n1> n2> n3> n4。从n1将为n2过程：
电机在 a 点稳定运行，电枢电阻突增至R2时,该瞬间 n、Ea不能突变，Ia及M减小，由a→b，转矩 M 降为 M’< Mz ，系统减速。随着 n 及 Ea 的下降，Ia 及M 不断增高，直到系统转速为 n2时，M’= Mz ，建立新的平衡，调速过程结束。系统稳定运行于 c 点。
2)、特点：调速指标不高，调速范围不大，有级调速。
（2）、降低电源电压：
小容量直流电动机用晶闸管整流装置作为可调电源。对容量大的直流电动机，用机组作为可调直流电源，用晶闸管装置调节发电机G的励磁电流，即调节其感应电势，即电动机 M 的电源电压。降低电源电压的机械特性方程为：
改变电源电压U0，可以得一组平行线。
U0—整流电压，R0—整流装置内阻，若是机组为发电机电枢电阻。
优点：特性硬度不变，D大，平滑性好。但投资大。
（3）、弱磁调速
1).物理过程：
小容量可在励磁回路串接可调电阻，大容量用单独可控硅整流装置向励磁回路供电。
当φ↓，n0↑，特性的斜率
调速过程：
电机在 A 点稳定运行→ 突加RΩ调励磁→励磁未饱和，If,φ按指数规律减小，而 n 不突变→Ea 随φ减小而↓→ Ia=(U-Ea)/Ra↑,比φ减小的量大→ T 随 Ia↑而↑→ T>Tz，系统加速→n 由 n1上升达某一值时，使 Ea 回升→引起 Ia 回落→ T回落→直到 T=Tz达新稳定点B。
优点：控制方便，能耗小，调速平滑，调速范围不大，受电机的 nmax 限制。
注意：若励磁电路断线时，φ为剩磁，此时Ia↑大，转速飞速上升，有危险。可破坏电枢。必须有相应的保护措施。
3、他励直流电动机的制动
电机有两种运转状态：电动运转与 同向。制动运转与 反向。制动的目的使系统停车或限速。
自由停车法，电气制动，机械制动。能耗制动；反接制动；回馈制动。
分析每种制动过程产生的条件，机械特性，及特点等。
（１）能耗制动：
产生条件：电机顺时针方向旋转，与之同方向。电机在电动状态下运行.各物理量正方向如图所示：
电机在电动状态下运行,合上K1，断开K,制动。不变，U＝0.
制动瞬间：励磁不变，因惯性转速不变，不变，但电枢电流与 同方向，而改变了方向，使反向，电机处于制动状态。
若带位能性负载最后将稳定在C点，等速下放。越大，制动越快。
（2）反接制动：
1)转速反向的反接制动：正接反转。
产生条件：起重机起吊重物，电机的起动转矩小于重物的负载转矩，电机被负载拖动反向起动，使电机的转速逆电磁转矩的方向旋转，n 与反向，电机处于制动状态。功率全消耗于R上。
2)电枢反接的反接制动：正转反接。
产生条件：电机在电动状态下运行，突将电枢反接，即U为负，电枢电流改变方向，使改变方向，电机处于制动状态。在 C 应即时断开电源，否则电机将反转。
（3）回馈制动：再生制动。
1)、位能负载拖动电动机，电机运行在反向电动状态，某原因使电机的转速达到某一数值时，电机的，使电枢电流反向，即T 反向，电机进入发电机运行状态，而起制动作用。电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网，小部分消耗在电阻上。
2)、改变电枢电压：
电机在正向电动状态运行，突降电枢电压,来不及变化，使,出现回馈制动,特性在第二象限。
同一电动机在相同电枢电阻时各种运行状态：
五、直流电动机的拆装及常见故障的排除
（一）、直流电动机的拆装
1、直流电动机的拆卸
以小功率三相笼式电动机拆卸为例介绍电机的拆除方法与步骤。
（1）拆卸前的准备
1）备齐常用电工工具及拉码等拆卸工具。
2）查阅并记录被拆电机的型号、外型和主要技术参数。
3）在端盖、轴、螺钉、接线桩等零件上做好标记。
（2)拆卸步骤
1)卸下电动机尾部的风罩。
2)拆下电动机尾部的扇叶。
3)拆下前轴承外盖和前、后端盖的紧固螺钉。
4)用木板(或铜板、铅板)垫在转轴前端，用榔头将转子和后盖从机座敲出，木榔头可直接敲打转轴前端。
5)从定子中取出转子。
6)用木棒伸进定子铁心，顶住前端内侧，用榔头将前端盖敲离机座。最后拉下前后轴承及轴承内盖。
7)拆除定子绕组。
8)清槽、整角。
（3）几个主要部件的拆卸方法
1)轴承的拆卸。
2)小型转子的取出。
3)端盖的拆卸。
4)旧绕组拆除。
①详细记录电机的铭牌数据和绕组数据。
②冷拆法：在小型电动机中，一般采用半封口式线槽，拆卸绕组比较困难，方法是用一把锋利的带斜度的扁铲，将铲的斜面平放在槽口上，用铁锤敲击，便可以将导线一根一根地铲断，操作时用力不要太猛，以防把铁心铲坏。
③热拆法：对于难以取出的线圈，可以用加热法将旧线圈加热到一定温度，再将定子绕组从槽楔中拉出来。常用的加热方法有：用电热鼓风恒温干燥箱加热法；通电加热法；用木柴直接燃烧法等。
（4）绕组的绕制与嵌线
1）绕线专用工具介绍
a绕线机 b绕线模 c划线板 d压线板。
2）定子绕组展开图的绘制
现以4极24槽单层绕组的三相笼式异步电机为例来说明定子绕组展开图的绘制过程。定子绕组展开图的绘制步骤。
①画槽标号。
②定极距(分极性)。
③标电流方向。
④分相带。
⑤连接U相绕组。
⑥连接另外两相绕组。
3)定子绕组展开图的定义。设想用纸做一个圆筒来表示定子的内圆，用画在圆筒内表面上的相互平行的直线表示定子槽内的线圈边，用数字标明槽的号数，然后，沿1号槽与最后一个槽之间的点划线剪开，展开后把线圈和它们的连接方法画在这个平面图上，就是展开图。
4)绕组的连接方法。
5）绕组的绕制方法
6）嵌线的基本方法
(1)绝缘材料的裁制。
我们用0.2mm厚的绝缘纸（复合纸）
长度=槽长+5×2=90+10=100mm，
宽度=槽深×2×2=15×2×2=60mm。
(2)嵌线方法
(3)嵌线的主要工艺要求
①嵌线。②压导线。③封槽口。④端部相间绝缘。⑤端部整形。⑥包扎。
(4)绕组接线。
直流电电机的装配
电动机的装配工序与拆卸时的工序相反。
轴承的装配：
a．冷套法：把轴承套到轴上，用一段铁管，一端对准轴颈，顶在轴承的内圈上，用手锤敲打另一端，缓慢地敲入。
b．热套法：轴承可放在温度为80°C～100°C的变压器油中，加热20～40min。趁热迅速把轴承一直推到轴肩，冷却后自动收缩套紧。
六、浸漆、烘干
电动机的绕组绝缘吸附水分或外界空气中可水分侵入绕组，使电动机的绝缘电阻下降，所以要浸绝缘漆。
步骤：预烘、浸漆、烘干。
（二）、电动机常见故障分析及判断
电机常见故障主要分机械故障和电气故障两大类。
机械故障主要包括轴承、风扇、端盖、转轴、机壳等故障。电气故障主要包括定子绕组、转子绕组和电路故障。电工在巡视检查时，可以通过自身的感官来了解电动机的运行状态是否正常——看、听、摸、闻、问。
六、直流电动机的修复后的试验
（一）电机装配后的电气检查与试验
1、直流电阻的测定。
2、绝缘电阻的测定。
3、耐压实验。
4、短路试验。
5、空载试验。
6、反转试验。
（二）绝缘电阻的测量
1、摇表。
绝缘材料绝缘电阻可用摇表来测量。摇表又称兆欧表，用于测量电气设备或配电设备的绝缘电阻，其单位为兆欧(MΩ)。
摇表有3个接线柱：接地极(E)、线路(L)和保护环(G)。
①测量线路对地的绝缘电阻：E极接地线，L极接被测的线路。
②测量电机或电气设备外壳的绝缘电阻：E极接被测设备的外壳，L极接被测导线或绕阻一端。
③测量电缆芯线的绝缘电阻：E极接电缆的外表皮(铅套)上，L极接芯线，G极接在最外层的绝缘包扎层上。
2、摇表使用时应注意以下几点：
①摇表应按被测电气设备的电压等级来选择。
②测量前，被测设备应切断电源。对于电容量较大的设备应进行接地放电。
③测量前先将兆欧表进行一次开路和短路试验。
④摇测时，摇表必须平放，转速要均匀，每分钟约120转，勿使摇表振动。
⑤摇表的接线必须使用两根独立绝缘导线，不得使用平行线或绞线。
⑥测量后，应将被测设备充分放电。
⑦用摇表测量电阻时，要持续1min。
【三、小结】
本节主要讲述直流电动机励磁方式、接线图、直流电动机的起动、调速和制动、直流电动机的拆装及常见故障的排除、直流电动机的修复后的试验。
【四、习题】
1、P30910、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27题
