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实用中小型电机手册三相交流换向器变速异步电动机

4.3.1 Ξ相交流换向器变速异步电动机的结构特点

三相交流换向器变速异步电动机，见图4-4。它是运行在三相交流电网上，可作无级调速，结构上具有换向器移刷装置的交流电动机。它具有调速范围广，功率因数比普通的=相异步电动机高等优点。主要缺点是结构比较复杂，维修比较麻烦。多用于印刷、印染、造纸、纺织、橡晈、制糖和塑料等工业部门，也可作为通风及各种试验设备中的各种动力。

1. 定子

定子铁心是由0.5mm的硅钢片叠压而成，固定在铸铁机座内。定子铁心槽内嵌有二次侧绕组（即次级绕组）。二次侧绕组为多相绕组，每相绕组的首末两端部都和换向器相应电刷相连。对于功率较大的变速电动机、其二次侧绕组的相数可多于一次侧绕组，如为4相、5相、6相等，见图4-5。

2. 转子

转子铁心也是由〇.5mm厚的硅钢片叠压而成，固定在用优质碳素钢制成的转轴上。铁心槽内一般有两套绕组，一套是三相一次侧绕组（即初级绕组），放置在槽子底部，经由 3只集电环与电源相接。另一套为接至换向器的调节绕组，放置在槽子上部。由它来供给二次侧绕组的外施电压，以调节电动机的转速和功率因数。在采用双叠调节绕组的转子上，除上述两绕组外，尚有位于调节绕组上面的放电绕组，使调节绕组的短路元件在换向时有一放电回路，以减小火花而改善换向。

在6号以上的大多数电机上，一次侧绕组和调节绕组相互接成串联，以增加一次侧绕组的有效匝数。

3. 调节机构

调节机构主要由一个手轮，两个可以作相对移动的转盘（半齿轮）和一套联动齿轮所组成。换向器上两组电刷分別装在两个转盘上，转动手轮即可变更每对相数电刷的距离，从而达到调节转速和功率因数的目的。在手轮后面装有两个传动齿轮，对8号及8 号以下的电动机，此两齿轮的齿数相同，为18 : 18，故可在正反方向旋转。而对9号及9 号以上的电动机，此两齿轮的齿数不同，为23 : 25或29 : 31等，故只能按规定方向旋转。调节机构的结构见图4-6。

4.3.2三相交流换向器变速电动机的常见故障及处理方法

三相交流换向器变速电动机的故障、原因及检查方法见表4 - 2 4

4.3.3三相交流换向器变速电动机的拆装

一、拆装时的注意事项

在拆卸和装配=相交流换向器变速电动机时应注意以下几点：

(丄）拆除电机时，通常是将电刷转盘ΰ后端盖内取出，这时要注意原始装配位置，详细记录，内外电刷转盘不可装错，否则，如仍按原来编号与定子绕组相连接时，电机将不能正常起动，表现刷火严重、电流超限，并且不能调速。

(2) 电机装配时，定子绕组接线也不能任意反向，反向后所产生的现象与上述相同。

J Z S型电动机的集电环和换向器是分放在转子铁心两侧的，而集电环总是放在定子绕组的连接线端。

(3) 拆除定转子绕组时，要做好原始记录定子绕组有两种接线方式，一是正常接线，每线圈组在空间古^电角度，这种绕组常用在奇数相的二次侧绕组中（如％ =

77? 2

3、5、7…）。另一种接线是跨极接线，每个线圈在空间占有两倍正常绕组接线的电角度，它不受相数限制，可用于任意相数的二次侧绕组上。

(4) 在大修重绕定子绕组时，必须按原始接线方式进行，各相绕组的首端放在机座的一侧，而所有尾端放在机座的另一侧。

(5) 对于转子一次侧绕组（即主绕组）和调节绕组相串联的电机，要注意这两种绕组连接线之间的相对位置。必须使一次侧绕组的磁极中心和调节绕组的磁极中心处于同一空间位置上。

(6) 调换定子绕组后必须重新进行调试。

(7) 电刷转盘上的支杆和刷握，往往因为调换零件或者使用日久螺栓松动而造成刷握分布不均的故障。因此在大修时，必须对栓紧电刷支杆和刷握的螺栓以及相邻支杆上刷握距离，进行调整，务必做到均匀分布，使换向火花不致恶化。

二、电流-转速特性曲线的调整

变速电机经大修后，若由于不慎而改变原先的两块电刷转盘的相对位置，从而导致电动机在空载运转时转速调到某位置时出现了强烈的火花和怪叫声。此时，就必须重新调整电机的空载电流-转速特性曲线才能使变速电动机恢复正常技术性能指标。

调试方法如下：

(1) 拆除高低速限位挡板。

(2) 将两块电刷转盘置于互相对齐的相对同步位置。

(3) 松开调速机构上的紧同螺母。

(4) 用一块钳形电流表卡在变速电机的任一相的一次侧电源线上，然后即可启动电动机使之按指示旋转方向作空载运转，此时，同时将同步空载时的电流记录下来作为调整时的对照依据。接着就转动手轮向慢方向缓慢移动至二次侧相数/2块电刷的距离，然后再松开差动齿轮D，重新转动手轮向左或右将慢速的电流调至1/2的同步速的电流，对此即完成了第一次粗调。尔后，再将转盘重新移至同步位置，看一下电流后，就能往高速方向移至极限值（次级相数/ 2块的电刷位置），然后将电流表转卡在次级绕组中的任意一相上，重新松开紧固螺母，差动齿轮D，再次细心地调节手轮直至高转速时电流调到最小时，马上推上差动齿轮D并拧紧紧同螺母。从而先成了电流-转速特性曲线的调试丁作。

如要求更换变速电机的原来旋转方向时，则只要在调速机构上将差动齿轮D与C对调一下，重新调整电流-转速特性曲线即可，方法以上所述。

4.3.4三相交流换向器变速异步电动机大修时的注意事项

=相交流换向器变速异步电动机大修时应注意以下几点：

(丄）在三相交流换向器变速异步电动机中，定子绕组的接线一般有两种：一种是正

常接线，它和普通的三相异步电动机接线方式相类似，每组线圈在空间各占Μ电气角，

它只能应用在相数成单的二次侧相绕组上（例如= 3, 5, 7…等）。另一种是庶极接线，每组线圈在空间占有两倍正常接线方式的角度，可以应用在任意相数的二次侧绕组上。丙此在调换定子绕组时，必须按原来方式或按阁进行连接。各相绕组的“首”端是放在机座的一侧，而所有“尾”端放在机座的另一侧。

(2 )在转子一次侧绕组和调节绕组相串联（即在集电环侧有连接点的绕组）的电动机中，应注意两者连接线间的相对位置，务使一次侧绕组的磁极中心和调节绕组的磁极中心处在同一空间位置上，也就是说务须按制造圈纸进行连接。

(3 )将电刷转盘自后端盖内取出进行大修时，必须注意它们的原先安装位置，内外不能调错。如果调错后，仍按原来编号和定子绕组相连，则电动机将不能正常起动（起动时，换向器上会川现强烈火花，同时一次侧电流也远远超过正常的起动电流倍数），而且也无法调速。

(1) 在装配时，电动机的定子也不能任意反向，反向后所产生的现象和上述项（3) 相同。

在集电环和换向器分放在转子铁心两侧的J Z S 3系列产品中，集电环总是放在定子绕组的连接线端。

(2) 调换定子绕组后的调试。在调整时，可以参考原来的空载电流-转速曲线。但必须指出，检修前后的两条曲线，往往因为电源电压、电刷接触面积、调速绕组和定子绕组的相对磁极中心位置的不同，以及差动齿轮D的啮合齿位置不能细调节等，而不可能完全吻合；在实际调整时，允许有偏差。

在负载状态下，如果发现一块电刷转盘下有较大的火花，可在负载下，扳松传动轴上的螺母，拉出差动齿轮D，将电刷向“快”或“慢”（一般是向“快”）方向移过1〜2齿，使两块转盘下的火花趋于相似。

在带负载调整时，最好能有人用手轻轻拉住两块电刷转盘，以免在松开传动轴上的螺母、拉出差动齿轮后，电刷转盘发生严重位移，使电动机不能继续运行，又要在空载下重新进行调整。

经过负载调整后的电动机，必须在空载下观看低速时的电刷电流，以不超过铭牌上所规定的数值为限。

电动机调试结束后，还需要调整装在遥控装置接线盒里用来控制行程开关的凸轮位置。

(3) 电刷转盘上的支杆和刷握，往往因为更换零件或者使用日久螺栓松动而造成刷握分布不均的故障，因此在大修时，必须对栓紧电刷支杆和刷握的螺栓以及相邻支杆上的刷握距离予以调整，务必做到均匀分布，使换向器火花不致变坏。

4.3.5三相交流换向器变速异步电动机的使用与维护

三相交流换向器变速异步电动机运行时须注意以下事项：

1. 起动

所有换向器电动机都可以立接起动。在最低速度的电刷位置下，不仅起动电流最小，起动转矩较大，而且换向器上的火花也最小，有利于电机维护；所以在使用时，应尽可能地在最低速度位置下起动。

如果电动机的机械负载较重，以致电动机不能在最低速度位置下直接起动时，可在接通主电源后，迅速把手轮向“快”方向稍微移过些，使电机开始运行；或者把手轮向“快” 方向稍微移过些以后，再设法闭合低速行程开关XC,以直接起动。但移动的距离应不超过自最低速度位置到最高速度位置间的1/5〜1/6距离。

对于9号机座及以上的JZS2电动机，都备有功率因数改善装置，所以它必须按指定的方向运转。

在备有鼓风机的换向器电动机上，鼓风电动机应和换向器电动机同时运转（或者先开鼓风电动机）；鼓风电动机的旋转方向须与蜗壳上箭头所指的相一致。

2. 速度调节和行程开关

没有遥控装置的电动机在起动后，如需改变速度，可将手轮按照指示牌所标注的方向慢慢转动，即可获得宽广而均匀的速度调节。从最低速度手动调节到最高速度的时间应> 15 S;如果手轮转得太快，在二次侧回路内就会有一个较大的冲击电流通过，使换向器上产生较为强烈的火花，灼伤换向器，影响电机的使用寿命。

在装有遥控装置的换向器电动机中，如欲遥控调速，需先将调节螺栓向内旋紧，使差动齿轮C和传动齿轮Λ相啮合，于是便可按照要求揿下遥控装置的“加速”或“减速”电钮，获得所需速度。在需要手动调速时，需将调节螺栓向外旋松，使差动齿轮C和传动齿轮Α脱开，然后按照“快”或“慢”方向转动手轮进行调速。

在电动机的电刷转盘上，相当于最高速度和最低速度的电刷位置下，都装有限位铁，以便使电刷转盘只能在规定速度范围内移动。在没有遥控装置、并且最高容 S超过15 k W (包括15 kW)的电动机上，只要把在低速度位置下闭合的一个常开触点和主电磁开关的电磁线圈相串联，就可以保证电动机只能在最低速度位置下直接起动。在备有遥控装置的所有电机内，一个行程开关是在最低速度位置下开始动作，既保证电动机只能在最低速度位置下直接起动，又能在最低速度位置下，切断“减速” 电磁开关。而另一个是在最高速度位置下才能断开，只能起着切断“加速”电磁开关的作用。

在有遥控装置的电机中，不要随意拆卸装置在手轮下面的行程开关盒；每拆装一次，都需及时调整盒内的凸轮装置。同时也不要随意拆下装在手轮轴外侧的挡圈，免得两个差动齿轮C、D的相对位置移动，使电机电流-转速曲线发生变化，影响到电机的正常运行。在行程开关盒内接线板上的引线排列是：

}·接到由外面一只凸轮控制的高速行程开关常闭触点上。接到由里面一只凸轮控制的低速行程开关常闭静触点上接到由里面一只凸轮控制的低速行程开关动触点上。

3. 停车

在切断手动操作的整流子电动机电源后，应立即将手轮转冋到最低速度位置上，以便下一次启动。

在切断备有遥控装直的换向器电动机电源后，由于接在“减速”控制回路内的一个主电磁开关的常闭触点乂复闭合，遥控电动机便将拖动电刷转盘肖动冋复到最低速度位置上，不再需要手动复位。

对于9号机座及以上的电动机，因备有改善功率因数装置，如果用它拖动转动惯量较大的机械负载时，那么在高速时断电后，当遥控电动机把电刷移到低速位置过程中，往往因为电机仍旧惯行在同步速度以上，而使电动机在瞬间由A励而发出较高的电压和频率。这样，会使和电机并联的鼓风电动机高速运行，造成翼片损坏。电动机一次侧绕组因过电压而造成匝间短路，损坏电机绝缘，所以对于9号机座及以上的电机，应取消减速冋路内的常闭辅助触点C，同时要等电动机惯性转速低于同步转速后，才可按“减速”按钮或转动手轮来使电刷转盘回到最低速度位置。

4. 旋转方向的变换

对于8号机座及以下没有功率因数补偿的JZS2电动机，只要调换任意2根电源进线，就能在相反的旋转方向下作长期运行。

在备有补偿功率因数装置的J ZS2型三相交流换向器电动机只能在指定方向下作长时期的运转，切勿任意改变电动机的旋转方向，否则就会产生绕组过热、换向变坏、效率和功率因数下降的现象。如果需要长时期反向运转时，必须按以下步骤进行调整和试验：

(1) 在原来指定的旋转方向下，测制一条空载电流-转速曲线。

(2) 在最高速度位置下，用油漆或粉笔在两块电刷转盘上，做好电刷转盘对端盖相对位置的记号；并拆下装在电刷转盘上的两块限位铁。

(3) 除去封印铅丝，拆下装在传动轴上的紧固螺母和挡圈以及装在手轮轴上的调节螺栓，然后拉出手轮、拉丨丨ί装在手轮轴和传动轴上的两个差动齿轮C和D，并相互调换装好（即原先装大齿轮的，现在改装小齿轮）。接着再依次装好手轮、调节螺栓、挡阐和紧固螺母。在换装差动齿轮时，原来装在手轮轴上差动齿轮C内的垫圈和弹簧，必须仍旧装在手轮轴上。当传动轴上差动齿轮D未推进和紧固螺母未旋紧前，可先缓缓转动手轮，根据事先做好的标志，将两块电刷转盘的相对位置仍旧调整到原先做好记号的位置上，随后推进差动齿轮D，并旋紧紧固螺母。

(4) 调换电动机的任意两根电源进线，在最低速度或同步速度电刷位置下直接起动电动机。

(5) 从低速开始，缓缓调节电动机的转速，并核对在各个速度下的一次侧和两次侧电流值，看它是否和原来的电流-转速曲线相吻合；如果反向后的电流值和原来的曲线相差过多时，可将装在传动轴上的紧固螺母旋松，拉出差动齿轮D并转动手轮（这时，只有一块电刷转盘移动），使一块电刷转盘向“快”或向“慢”方向移过一个或两个耦合齿距（一般是向“快”方向移动），然后再推进差动齿轮D、旋紧紧固螺母，重做试验；如此反复多次，直到电流-转速曲线和原来接近相似为止。

(6) 根据调节后的电刷转盘位置，重新安装电刷转盘上的限位铁，并调整装在行程开关盒内的凸轮位置使行程开关在需要的最高和最低速度位置下动作。

5. 用速度继电器（例如JY-1)来反接制动整流子电动机时的串联电阻

需要反接制动的换向器电动机，在反转的瞬时间内，由于定子电压突然增加，如无相应措施，将使二次侧电流迅速上升，在换向器上发生强烈火花。为了解决这个问题，在二次侧回路内往往需要串联适当的外加电阻，以限止反接时的二次侧电流，不过在这时候的电动机制动转矩也随之相应下降。

这个外加电阻的数值并不是个常数，要随电动机反接时的旋转速度而变化，因此在这里，介绍了一个近似的计算公式，供使用时参考。它的数值近似地等于

式中是需要反接制动时的电动机空载速度；《，是换向器电动机的同步速度；k是
二次侧回路内允许通过的电流倍数（一般是2〜3倍）；ί2是二次侧额定电流，可由铭牌上查取；是二次侧开路电压；也可由铭牌上查取之。

在一般情况下，这个电阻可按最高速度来计算。实用上，还需根据机械负载的惯量以及电动机的运行速度加以适当调整。

外加电阻的截面可按短时负载来设计。

这种反接制动的方法不适宜用于较大容量的电机中。

6. 用外加电阻来降低换向器电动机的最低运转速度时串联电阻的计算如果换向器电动机的额定最低速度还高于实际需要时，可在各相二次侧冋路内都串联一只电阻器。这时候，电动机的输出功率将随速度下降而成正比例减少。同时，外加电阻的截面积应根据长时期内能够通过额定二次侧电流而设计。它的近似电阻值，可根据下式选取，但在实用上，还须作适当调整。

式中w为未接串联电阻前的最低空载速度（可在空载时测定，它一般要比铭牌上的最低速度要高约l〇〇r/mm) 为希望得到的最低空载速度（一般要比负载时高约lOOiv mm);

为二次侧开路电压，可由铭牌上查取。ί2为相当于最低速度下的二次侧负载电流，如电动机是满载时，它可由铭牌上查取；如系轻载运行，它可在未接人电阻前用钳形电流表测定之。

必须指出，在采用自冷式或扇冷式电动机上，还需注意因电机转速下降而引起的通风不良。

当电机运行在同步速度附近时，往往因为各相电刷的张角不等、或者二次侧电阻不对称而会引起转速和电流的周期性振荡，使电机的转速在平均速度上下波动，并伴随着有规则的“哼”声。这并不是电机的故障，而是转子馈电式=相换向器电动机的一个缺点，它对电机的安全运行并无多大影响，但最好还是将电机的转速向“快”或“慢”方向再调节一下，让这种现象完全消除。

必须指出，这种现象并不是所有电机在同步速度附近都会出现，只是在某些条件的偶合下才能发生。

正确的维护方法如下：

(丄）电动机在使用过程中，应经常注意清洁，严防受潮和其他杂物进人电机内部。每月至少停车清理一次，并用压缩空气（<〇. 2MPa)将内部吹净。

(2) 每星期检查一次换向器及集电环上的电刷压力；压力过大的和过小的要加以调整。换向器上的电刷压力一般要求29. 4kPa左右；而集电环上的电刷压力约为 19. 6 kPa。

如果电刷有破损、磨损过多、或者辫子脱落时，需用相同牌号的电刷予以调换，并调整其压力。调换新电刷后，约需空载运行丄〜2h，以便使电刷和换向器间有2/3以上的面积相接触。电刷和刷握间的配合，以能使电刷上下活动为限。

(3) 换向器表面应注意清洁和光滑，特别要防止与油类接触。W为油类能使铜屑
和电刷粉末黏附在换向片间的云母槽内，从而形成片间短路或环火。在正常运行时，和电刷相接触的换向器表面应是光滑、无黑色烧毛斑点。换向器的表面颜色有时虽已变成紫色或褐色，但它并不妨碍电机的正常运行，不需要用砂纸去磨换向器，以免破坏换向器表面上有利于换向的一层氧化膜。如果换向器表面发现有灼伤痕迹或粗糙时，可用00号或0号砂纸在空载时将其磨去。如果表面凸凹程度较大，3母高出换向片或者换向片高低不平有“跳排”现象时，需先检査产生这些故障的原W ,例如调节绕组有没脱焊，换向片有没“飞”出等，待修复后，再在车床上用图3 -18所示的车刀进行粗车，然后采用拉锯将两相邻换向片间的云母片，初步割低1.0〜1. 5mm，并用刮刀或锉刀将换向片的两侧倒成（0.5X0. 5)mm的45°角，如图3-19所示；接着再在车床上精车换向器，并用砂纸抛光，使粗糙度尽可能达到级。随后用拉锯清除紧附在换向片两侧的云母薄屑。

在每次车削换向器前后，都需将位于换向器顶端的紧固螺母逐个扳紧（除压塑料换向器外）。

车削换向器表面时建议采用每分钟约为30〜50m的线速度；每次切削深度约为 0.1〜0. 4 mm;车刀的轴向走刀量约为0. 1〜0.3 mm。

(4) 集电环的表面也应保持清洁、光滑，其修整方法与换向器大体相似。

(5) 每隔半年或一年进行大修时，除了修复、更换或调整磨损部分外，还需逐个旋紧电刷支杆与电刷转盘，以及电刷支杆与刷握间的螺栓，以免运转时因螺栓松而引起刷握跳动。刷握下端与换向器表面的距离，一般应在2〜.3mm。距离过大.则电刷就容易跳动而产生火花。在换向器表面磨损过多或者多次车削换向器表面后，这个距离应及时加以调整。

(6) 电动机在运行过程中，必须注意轴承的合理润滑J ZS2型电机的轴承润滑脂，我国一律采用“3号锂基脂”。

在正常情况下，轴承润滑脂须每隔半年检查一次。如果油色正常，同时油脂也未硬化或变质时，可稍微添加些新油脂即可。如果发现油色变暗，油脂已经硬化或变质，则需及时更换油脂。更换新油脂时，需先除去旧油脂，并用煤油或汽油洗净轴承和轴承室，然后，在轴承盖和轴承内加进新油脂。加在轴承盖内的新油脂，应不超过轴承盖室容积的2/3。

(7) 电动机运转时，应经常注意并记录有关指示仪表的读数，看它有没有超过额定负载；对运行时间、检修情况以及故障的处理，也应做好记录，供今后维护和检修时参考。

必须指出，换向器电动机的输出功率是随旋转速度成正比例变化；铭牌上所标注的一次侧电流，往往只有相当于最高容Μ和最低容Μ时的两个额定值，它们可以在较大的范围内变动；而在整个调速范围内的二次侧额定负载电流几乎保持不变，或者变得很少；所以电动机在某一速度下，是否超过额定负载，绝不能用一次侧电流（即电网电流）来衡量，只能根据二次侧电流来判断。因此在运行时最好能经常用钳形电流表测定二次侧电流，以保证电动机运行在额定负载以内。

需要说明的是：当电动机运行在同步速度附近时，由于二次侧电流的频率很低，用钳形电流表测Μ时，仪表指数会在很大范围内波动，并且所测得的数值也不准确。

(8) 换向器电动机在每次检修时，应对空载电流与转速的关系作一次校验，其结果如与原来绘制的曲线相差较大（此时应注意电网电压），则必须进行调整。

(9) 当带有遥控装置的电机在按下“加速”或“减速”遥控电钮，遥控电动机旋转而不能调速时，首先需用手动调速方式检查调速机构本身有无不正常现象存在。如果用手转动手轮时，电机能正常调速，那么可用适当立径的套筒扳手，将位于手轮上部，遥控装置顶面的一个螺母适当扳紧（不宜过紧），以遥控装置能拖动调速机构为限。

(丄〇)当周围冷却空气的温度超过表4-25所列数值时，应即采取降温或防寒措施，以保证电动机的正常使用。