蓄电池车辆用直流电动机的原理及应用.pdf

蓄电池车辆用直流电动机的原理及应用 随着国民经济的飞速发展和科学技术的进步，以及对环境保护意识的提高，为顺应与时俱进的时代潮流，我们开发的以蓄电池为动力源的搬运车、牵引车和提升车所使用的直流辅助电动机及直流牵引电动机就应运而生了。现在就该类电动机作一工作原理和应用介绍。一适用范围。适用于主牵引蓄电池供电的电动工业车辆用的直流电动机（牵引电动机和辅助电动机）二使用环境条件。1.海拔不超过 1200M。2.周围空气最高温度为 40，最低温度为-25.3.相对湿度直到 100%，在电机表面形成凝露。三励磁、冷却方式和防护等级。1 电动机的励磁方式 串励 并励 复励 他励 电动机根据用途应是串励，并励复励和他励共 4 种类型中的任一种。2 电动机的冷却方式 自然冷却（IC00）自通风冷却（IC01）3 外壳防护等级 不低于 四.定额 1 定额分类 定额分：连续定额、60min、30min、15min 和 5min。连续定额适用于自通风冷却的电动机。电动机也可采用周期工作定额，规定定额的目的是为了能在验证台上试验电机的性能，作为产品设计，制造及验收的依据，同时作为评价电机对规定工作状态的适用性及不同电机之间进行比较的基础。2 额定电压 电动机在额定运行时其引出线端间的电压称为额定电压。由铅酸蓄电池供电时与蓄电池标称电压相应的额定电压规定，如表：蓄电池标称电压(V)24 48 72(80)96 电动机额定电压（V）22 45 67(75)90 四技术要求 1 电动机的最高和最低工作电压 电动机的最高和最低工作电压分别为串联的蓄电池元件总的标称电压的 1.1 倍和 0.75 倍，在这电压下电动机应能可靠地工作。2 电动机的最大电流 电动机的最大电流为电机在使用中最大容许的电流，其容许时间为 1min（双转向电机为每向 0.5min）。最大电流对额定电流的比值如表 2：电动机类别 串励 复励 他励、并励 牵引电动机 3.0 2.7 2.5 辅助电动机 2.0 1.8 1.5 3 牵引电动机的最大转矩 在最大励磁牵引电动机电枢电流达到最大值时，其最大转矩对额定转矩的比值，按励磁方式应不小于表 3 的规定。串励 复励 他励和并励 4.5 4.0 3.5 4 电动机的最高工作转速 驱动车上设备的电动机正常运行条件下，电压为最高而励磁和负载为该电压下能够产生的最低值所能达到的最高转速，应可靠地运行。5 电动机的超速 每台电动机在热态下承受 1.2 倍最高工作转速时 2min 的超速。电机各部件无损伤和变形。6 温升的限值 a 绕组和换向器 电动机在规定的工况下进行试验，按其绝缘等级应符合表 4 的规定。绝缘耐压等级 电机的部分 测量方法 B F H 电枢绕组 电阻法 120 140 160 定子绕组 电阻法 130 155 180 换向器 电温度计法 120 120 120 b 滚动轴承的容许温度 其容许温度（环境温度不超过 40时）为 95 7 换向火花 电动机在额定工况和最高工作电压及额定电流时，其换向火花等级不超过 3/2。在承受最大工作电流时其换向火花不超过 2 级。8.交流耐压 每台电动机应能承受交流耐电压实验，而绝缘不被击穿，其数值应符合表 5 的规定值。蓄电池标称电压 Un(V)实验电压 V 48 500 48Un110 1000 9.电动机的绝缘电阻 在热态下电动机的绕组对机壳和绕组之间的绝缘电阻不低于 Ut/1000M。10.特性容差 a.转速的容差 在额定电压，额定电流和额定励磁下3KW 的电机为7.5%,3KW 的为6%。b.效率的容差为-15%六.直流电动机的构造及工作原理 1.直流电动机的构造 a.定子 是由低碳钢管经车削加工而成。其前后端盖用铸钢或铸铁支撑转子轴。在机壳腔内固定由硅钢片或软铁制成的磁极 靴。在极靴紧固之前预套上磁极 线圈或串激线圈。在 XQ 和 XQD 系列中，4 只磁 极靴外形尺寸相同，XQ 系列中 只有串激线圈，通常又叫换向 线圈，它是由铜扁线（通常只 有 1020 匝）绕制而成。但在 XQD 系列的复励中换向线圈和 激磁线圈（一般几百匝，由圆 铜线绕制）有序错落各一半。在电机的后端盖内侧组装有 电刷杆和座、刷握、刷簧和碳刷。电机内部图示 b.转子 又叫电枢，它是由 0.5mm 硅钢片和环氧绝缘板冲片叠装压入轴而成。并在轴伸的一端压入压圈和换向器（又叫整流子）。它在经过槽绝缘工序后，嵌入电枢绕组。小机座号是圆铜线，中机座号以上是预制成形的铜扁线。最后经过绑扎、动平衡、真空浸漆、换向器车削、下刻等工序后即进入待装配状态。通常 XQ 系列电枢轴伸端还压入内风叶、XQD 系列除有特殊要求外一般是不装内风叶。2.直流电机的工作原理 直流电机的定子磁轭（机壳）、磁极靴、气隙和电枢铁心构成磁路。励磁绕组和电枢绕组的合成磁势在气隙内形成气隙磁场。电枢绕组相对气隙磁场旋转感应电枢电势，载流电枢绕组与气隙磁场相互作用产生电磁转矩。依据电刷和换向器以实现电枢绕组中交流电与转轴上机械转矩之间的相互变换。机械功率和电功率分别通过转轴和电刷输入或输出，从而实现机电能量转换。七.直流电机的外工作特性 直流电动机的电枢电流 I、转速 n、电磁转矩 T 和输出功率 P2 之间的关系，表征着它的工作特性。效率、转速和转矩与电流的关系曲线 转速与电流的关系曲线 从图中得出：串励方式、转矩与电流关系曲线图，转矩大（XQ 牵引电机）并励方式、转矩与电流关系曲线图，较平缓（XQD 带泵）复励方式、转矩与电流关系曲线图，界于串并励两者之间。八.他励直流电动机的调速 转速、转矩与他励励磁电流的关系 n=60PaNUbIaRaU 从公式中可以得出提高电动机的端电压可以提高转速，反之降压可以减速。又从图中得出增加他励电流转矩随之升高，反之则转矩随着他励电流的减少而降低。九.直流电动机在制造中和出厂检测中的质量控制 1.材料控制 针对直流电动机的特性加强和完善对制造所需原材料的选购和质量控制，比如分类供货商，加工磁轭的管材含碳量的质量，电磁线的尺寸及材质控制，绝缘材料的耐温程度，机械强度和老化时间的验证控制。2.加工工艺文件制定的控制 针对机械加工流程，尺寸链以及公差与配合和形位公差的制定力求合理，正确。杜绝和减少在总装中出现的各种重擦。交流耐压击穿以及电流大和噪音大的故障产生。3.各工序之间的质量控制 对员工经常开展知识培训，真正做到操作工是本工序的检验员和专业检验员相结合。能意识到下道工序是用户的理念，穿插不定期的工艺检查员的抽查督促。4.出厂检测的控制 每台电动机在出厂时都做满载、超载、换向火花、过转矩、额定电流、转速范围、噪音、振动、超压和起动性能的测试。同时对新投的产品及老产品每年抽试破坏性实验。十.直流电动机的三包服务 1.向最终用户宣传电动车辆的正确使用及定期保养。首先避免车辆露天场合由于道路不好，雨后水洼多，沙尘多，进入电机内腔，使电机受潮接地，沙尘附在换向器表面，造成电刷严重磨损或破损，换向器表面严重划磨凹凸不平，泥附在刷握中干干湿湿造成电刷不能在刷握中自由行程而粘堵住。在新装车辆中有个别电动机所带的变速箱齿轮啮合过紧，造成空车行走电机负载过大，电流几乎达到额定值。若这时带货满载时电机就在超电流下运行。加之若不停地短距离来回进退，电机很容易在短时间内就烧坏。所以，对这些特殊用户及工况相对恶劣场所工作的电叉要相应缩短维护保养期，经常清除附在电机上及腔内的泥沙灰尘。发现损坏的电刷、刷簧及时更换。2.保养内容：a.检查电枢是否旋转灵活，有无虚擦现象。b.检查电刷磨损后的刷体长度,当刷体磨损达到原长度的3/5(约剩余12mm)时,应立即更换电刷。c.检查电刷在刷握盒内是否滑动自如,电刷承受的恒压弹簧的压力是否正常.d.检查换向片间是否洁净，必要时，可用软而无绒毛的干净白布清刷换向片间小沟及换向器表面上碳粉末。如表面有油脂时，可将白布浸沾无水酒精擦拭。（停车时进行）e.刷握盒下边距离换向器表面为 24mm。f.检查电机出线（或接线柱）的连接是否正确,所有紧固件是否紧固。3.现场的保养及工作步骤 a.电机拆下后首先清除表面泥沙灰污。b.拆除风罩。c.清扫电机内腔的灰尘碳粉、油污。d.用 250v 摇表检查绝缘电阻，其最小容许绝缘电阻为：45V 以下的电机为 0.5M，大于 照片 1 缺乏保养电刷磨损殆尽 照片 2 缺乏保养环火拉弧的换向器表面 照片 3 电刷卡死后严重灼伤的换向器表面 照片 4 恶劣工况损坏的电机内部 45V 至 110V 的电机为 1 M。e.如果必须拆卸电机时，首先在换向器后方端盖止口与机壳间作好记号，以便于再组装时对齐，保证电刷几何中心线与拆机前一致。f.拆前首先拔下恒压簧。g.松开输出轴端（前端）固定螺钉，卸下前端盖。h.抽出电刷后再抽出转子（电枢）。i.清除定、转子上的油泥、灰尘。j.检查转子换向器表面情况，必要时车外圆，用刻槽刀或锯条下刻云母沟槽。下刻要求如图所示：k.将过磨损的电刷拆下换上同型号已磨好弧度的电刷。如更换的电刷较多则采用：.预先将电刷用 0#砂纸打磨成近似弧度。方法如下图：正确方法 错误方法 .待电机组装好后，用 00#砂纸围在换向器外圆，搭头用白胶布粘住，旋动转子，直至接触面为 80%为好。l.按拆卸时反顺序组装好电机。m.通电进行试验，但通电的电压必须为该电动机铭牌标定电压的 1/4 即可，防止无负载高速飞车。经试验，45V 的电机空载时通以 12V 电压，电机转速接近铭牌标定值。谢谢