直流电机的试验方法

 直流电机可分为直流发电机和直流电动机两类。通常是作为直流电源(发电机)和调速拖动(电动机)用。在发电厂里，同步发电机的励磁机，蓄电池的充电机，给粉机用电动机，事故油泵电动机都是直流电机。
    一、测量方法
    按《预规》要求，直流电机的测量项目有：①绕组的绝缘电阻；②绕组的直流电阻；③电枢绕组片间的直流电阻；④绕组的交流耐压；⑤磁场可变电阻器的直流电阻和绝缘电阻；⑥调整碳刷中心位置；⑦检查绕组极性及其连接正确性；⑧直流发电机特性试验。
    1、绕组的绝缘电阻。绕组是指励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组及电枢绕组。按《预规》要求用1000V绝缘电阻测试仪，绝缘电阻不低于0.5MΩ，对励磁机应测电枢绕组对轴和金属绑线的绝缘电阻。
    2、绕组的直流电阻。测量绕组的直流电阻是检查各焊接部分是否有虚焊、开焊及绕组有无匝间短路或断线等缺陷。可用电桥法或压降法进行。应注意下列事项。
    (1)并励励磁绕组直流电阻较大，可用YZC-X直流电阻测试仪测量。串激励磁绕组，换向极绕组，补偿绕组直流电阻小，用YZC-X直流电阻测试仪测量。
    (2)对直流电阻小的绕组，测量后必须在报告上注明测量位置，以便以后作比较。
    (3)测量值应换算到同一温度进行比较(相差不大于2%)。
    (4)当怀疑有匝闾短路，而直流电阻又无明显反映时，可以测电枢绕组和各磁极绕组的交流阻抗来判断。
    3、测量电枢绕组片间的直流电阻。测量目的是为了检查电枢绕组与换向片的焊接是否开焊，虚焊及换向片间有无金属性短路等缺陷。测量方法可用高灵敏、多位数的双臂电桥(如QJ44型电桥)也可用压降法，一般加5%～10%的，N(约5～10A)用R＝U／I×10³计算直流电阻(U一mV、I一A、R一μΩ)，如图1-1所示。

 4、绕组的交流耐压。《预规》要求试验电压为1kV，对100kW以下不重要的直流电机，电枢绕组对轴可用2500V绝缘电阻测试仪代替。
    5、直流发电机特性试验。直流发电机特性试验包括空载、负载、外特性试验。
    (1)空载特性试验。空载特性是指在额定转速下空载运行，测电枢绕组电压与励磁电流的关系曲线。试验接线如图1-2所示。试验时，对励磁机应断开灭磁开关，切除灭磁电阻，磁场变阻器置于最大位置，电机达额定转速时保持稳定。先断开励磁机励磁回路，读取剩磁电压，然后接通励磁机励磁回路，逐步升高电压，直至磁场变阻器全部切除。完成上升曲线后按相反次序完成下降曲线。注意励磁电流应不大于1.5～2.5I_N。调节应单一方向增减，不能回复调节，若无剩磁感应电压，可用外电源恢复剩磁。
    (2)负载特性是指直流电机带负载运行，测录励磁机励磁电流和电枢绕组的电压关系曲线，对励磁机而言，可以用同步发电机的转子绕组作为负载，和发电机空载试验同步进行。
    6、其他试验。
    其余的项目由于方法较简单故不一一说明了。

 二、实例说明
    1、实例1-1 绝缘电阻下降   
    某厂有一台直流电动机Z2-92型，75kW，220V，385A。采用滑动轴承。由于周围环境较潮湿，加上轴承漏油及电刷炭粉的积储，测电枢绕组的绝缘电阻过低，(＜0.3MΩ)，通过清扫后，绝缘电阻升至20MΩ，但运行一段时间后绝缘电阻又降至＜0.3MΩ；再清扫升至10MΩ，如此反复，以致不能靠清扫来解决，决定进行彻底处理。先用汽油清洗，主要部位是换向器侧支架绝缘表面和电枢绕组引线表面，然后用干净压缩空气吹净残存汽油，并进行干燥浸漆处理。干燥温度为110～120℃，时间为5～15h；浸漆时分数段浸于漆槽中，每浸一段为15min，温度为60～70℃。然后进行滴漆，不少于30min。同时用甲苯擦净各部分附着的清漆。浸漆后再进行干燥，初期80℃，后期120℃。直至绝缘电阻稳定结束。最后在外表面喷灰磁漆防油。
    此外，对周围环境加通风装置，对滑动轴承进行改造加装了防油装置。
    经过彻底处理后，该电机的绝缘电阻就一直良好。
    2、实例1-2 测电枢的换向片间直流电阻
    某电厂一台励磁机，100kW，250V，400A。单波绕组。在预试中测换向片间直流电阻时发现有一片为0.00092Ω；而常值为0.008249Ω，(根据单波绕组特点测鱼相隔两个极距的两换向片间的直流电阻)从外观检查看该片表面有发黑的痕迹。从直流电阻看互差为11.5%，已超标(10%)。为此进行了进一步检查。通过测量升高片连接线头间电阻确定了升高片开焊缺陷，进行重焊后问题解决。
    3、实例1-3 无火花换向试验
    按《预规》要求，大修时先调整碳刷中心位置，必要时可做无火花换向试验。所谓必要时是指在正常化检查合格条件下，尚未解决换向火花问题时。
    有一台BT-75-3000励磁机，经多次大修后，换向火花日益严重，经正常化检查基本合格，仅极距偏差稍有超过，为此进行无火花换向试验。试验接线如图1-3所示。
    在图1-3中，刀开关的额定电流为30A，蓄电池为12V，附加电流调整电阻为0～4Ω，30A，补充馈入电流表量程0～50A(用毫伏表配分流器)换向极绕组电压表7.5V，以同步发电机转子绕组作负载，可以继续对外供电。
    当励磁机带负载后，使负载电流为200A，此时换向火花为1(1／2)级。馈入反向附加电流，换向极绕组电压表指示减小，当反向附加电流从3A变化至25A时，火花变化是有的刷下减小，有的刷下增大。作正向调整也是如此。经分析，该机大修时为了满足换向极气隙偏差不超过±5%，对极下垫片，作了不适当的调整。使磁性和非磁性垫片混乱，造成有的超前，有的延滞换向。

    停机后，对各垫片进行测量，并将所有非磁性垫片在各换向极下均调至2.7mm，用磁性垫片调整使各换向极下气隙均为5mm。
    调整后做试验，电流为200A，馈入附加电流前，换向火花为1(1／2)级。正向馈入附加电流，6.5A对火花减小，9A时无火花，19A时出现初次火花。
    当负载电流为240A时，正向附加电流为12～22.5A时，无火花。在负载200A时，无火花换向区域平均线偏离横坐标轴为△I₂₀₀＝(9＋19)／2＝14A，气隙改变值△δ_k／δ_k＝△I／I＝14／200＝7%；在负载电流240A时，△I₂₄₀＝(12＋22.5)／2＝17.25A，△δ_k／δ_k＝17.25／240＝7.19%。取240A为基准，调整垫片。
    该励磁机的换向极气隙由二部分组成，其中δ_k1为换向极铁芯与电枢表面间空气隙，δ_k2为换向极铁芯与机座间的非磁性垫片厚度，故δ_k＝δ_k1＋δ_k2＝5＋2.7＝7.7mm，而△δ_k＝7.19×7.7=0.55mm，为此，将各极下抽取0.5mm非磁性垫片(△I为正向时，气隙减小)并换上0.5mm磁性垫片。经调整后，全部电刷火花已完全消灭。
    4、实例1-4 直流发电机特性试验
    某厂一台励磁机(直流发电机)型号为BT-120-3000(120kW，3000r/min，额定电压230V，额定电流520A)在某年因运行中电刷振动冒火，为此做了各种电气试验，包括空载、负载和外特性试验等。
    空载特性试验数据见表1-1。

空载电压U(V)	20	50	80	110	140	170	200	220	240	260	280	300
空载电流(上升)I(A)	0.38	1.2	2.08	3.2	3.6	4.5	5.4	6	6.7	7.5	8.5	9.6
空载电流(下升)I(A)	0.26	1.0	1.75	2.5	3.4	4.2	5.0	5.7	6.2	7.1	8.2	9.35

 根据上述数据绘制的特性曲线如图1-4所示。
    负载特性试验数据见表1-2。

电流(A)	0	100	200	300	400	500
电压(V)	196	193	190	189	187	180

 励磁电压变化率为△U%＝(196－180)／196×100%＝8.16%。
    外特性试验数据见表1-3。

负载电流(A)	0	100	200	300	400	500
励磁电压(V)	196	195	192	187	185	176

 电压下降率为△U%＝(196－176)／196＝10.2%。
    以上试验与历次试验比较合格。
    同时，又做了定、转子直流电阻，整流片间电阻；定子绕组的交流阻抗和电压降(分转子抽出前后)，都未发现问题，最后在拆对轮时发现间隙变大(0.16mm)而松动，镶套处理。
    5、实例1-5 测量蛙式绕组的直流电阻

 有一台直流电机，其电枢绕组由蛙式绕组构成，其参数为：槽数Z＝46；换向片数K＝92，叠绕组部分的换向片节距y_k＝1；第一节距Y₁＝22，第二节距y₂＝21；波绕组部分的换向片节距y_k＝45，第一节距为y'₁＝24，第二节距y'₂＝21，具体接线如图1-5所示。
    分别测量叠绕组和波绕组的直流电阻。测量结果如下：
    (1)叠绕组部分从1～92号的直流电阻为0.000898～0.000909Ω。
    (2)波绕组部分从1～46号的直流电阻为0.000909～0.000913Ω。
    由上述数据计算得互差
        △R₁＝(0.000909－0.000898)／0.000898＝1.2%
        △R₂＝(0.000913－0.000909)／0.000909＝0.44%
    由《预规》要求，相互间差值不应超过最小值的10%，合格。