直流幅壓無觸點(diǎn)啟動器的技術(shù)研究

楊峰權(quán) 劉正海 祝義華 陳海濤 杜波 童敏杰 周凱

摘 要：隨著科技進(jìn)步，直流幅壓無觸點(diǎn)啟動器在由蓄電池供電的直流電源體系中得到了廣泛的應(yīng)用。有觸點(diǎn)啟動器修理比較直觀，便于分析故障，而無觸點(diǎn)啟動器采用組件式結(jié)構(gòu)、模塊化安裝方式，集成化程度高，所以維修工作相對復(fù)雜。分析了無觸點(diǎn)啟動器在軟啟動過程中出現(xiàn)的報警燈亮、電機(jī)沒反應(yīng)故障及其解決方法，總結(jié)出無觸點(diǎn)啟動器常規(guī)報警問題和針對性的解決方案，其中不僅介紹了直流電機(jī)換向的問題還有直流電機(jī)電樞繞組問題。這篇文章對以后的修理工作具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：直流幅壓 無觸點(diǎn) 電機(jī) 換向 電樞

中圖分類號：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0055-03

Abstract： DC voltage non-contact starter is widely used in DC power supply system.Contact starter repair is more intuitive， easy to failure analysis， and non-contact starter uses modular structure and modular installation， The degree of integration is high， so the maintenance work is relatively complicated. In this paper， the alarm lighting， motor failure and the solution of the non-contact starter in the soft start-up process are analyzed. The conventional alarm failure and its solution of the non-contact starter are analyzed. This paper introduces the fault of DC voltage motor and the solution， including the DC motor commutation fault and the failure of the DC motor armature winding. This paper is of guiding significance for future repair work.

Key Words： DC Amplitude； Non-contact； Motor； Commutation； Armature

直流和交流電動機(jī)對比，直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)換距離很大，而且調(diào)節(jié)速度的能力比較好，許多的大型生產(chǎn)機(jī)器基本都是利用直流電動機(jī)進(jìn)行拖動。多數(shù)直流電動機(jī)的啟動都是利用電樞串電阻的啟動方式進(jìn)行機(jī)械的啟動。啟動的時候先要把所有的啟動電阻都串進(jìn)電樞中，不斷地跟著轉(zhuǎn)速變大，而后分級切除啟動電阻。但是分級切除啟動電阻的傳統(tǒng)方法是采用接觸器和繼電器的配合來實(shí)現(xiàn)啟動電阻的自動切除，修理比較直觀，便于分析故障。無觸點(diǎn)啟動器采用組件式結(jié)構(gòu)[1-3]，模塊化安裝方式，無級啟動，PWM脈寬調(diào)制控制啟動電流不大于電機(jī)額定電流的兩倍，具有多重過電流保護(hù)技術(shù)，瞬態(tài)的沖擊電壓、操作波過電壓等暫態(tài)過度過程進(jìn)行多層限幅鉗位；對起停電機(jī)都有獨(dú)到的措施和方法；采用高頻濾波和削弱和衰減低頻傳導(dǎo)干擾，集成化程度高，所以維修工作相對復(fù)雜[4-6]?；诖?，本文從多個方面分析問題與解決故障。

1 無觸點(diǎn)故障分析及解決辦法

1.1 軟啟動工作原理

軟啟動是一種中高壓電機(jī)軟啟動器，利用先進(jìn)的控制器、電子技術(shù)以及IGBT技術(shù)全面控制電動機(jī)并進(jìn)行綜合性的保護(hù)，和別的傳統(tǒng)的啟動方式相對比，其中特有的智能控制方法，也能夠很快捷方便地控制開啟轉(zhuǎn)矩、開啟電流、開啟時間的數(shù)據(jù)。它利用高品質(zhì)的IGBT，控制輸出電壓，確保電動機(jī)可以穩(wěn)定地進(jìn)行啟動。

1.2 軟啟動故障分析及解決辦法

具體情況見表1。在運(yùn)行過程中出現(xiàn)軟啟動故障，故障燈亮，電機(jī)沒反應(yīng)。如表1所示，總結(jié)出軟啟動經(jīng)常性出現(xiàn)的故障和處理方案。

1.3 運(yùn)行過程中出現(xiàn)常規(guī)故障，相應(yīng)故障燈亮，電機(jī)停止工作

無觸點(diǎn)常規(guī)故障分析及解決辦法如表2所示。

2 直流幅壓電機(jī)故障及解決辦法

2.1 直流電機(jī)換向故障分析與維護(hù)

2.1.1 直流電機(jī)換向不良的主要征象

換向火花狀態(tài)：換向火花的狀態(tài)能夠反映出換向的優(yōu)劣情況。

換向器表面的狀態(tài)：燒痕，在換向器的表層基本都會出現(xiàn)用汽油抹不掉的被燒的痕跡；節(jié)痕：節(jié)痕主要是一些在表層會產(chǎn)生的有規(guī)律性的變化顏色或者痕跡。

電刷鏡面狀態(tài)：一般進(jìn)行轉(zhuǎn)換方向時，電刷和換向器的接觸地方都是平滑光亮的，一般指鏡面。如果電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換不正常時電刷鏡面也會有一些霧狀和麻點(diǎn)以及燒壞的痕跡。

2.1.2 直流電機(jī)換向故障原因及維護(hù)

機(jī)械原因及維護(hù)：（1）電機(jī)出現(xiàn)震動會對換向產(chǎn)生一定的作用，其作用的幅度和頻率是由電機(jī)頻率的和振動的幅度決定的。當(dāng)電樞向某一方向振動時，就可能會引發(fā)電刷跟換向器通過接觸面產(chǎn)生較大的落差，從而使電刷在換向器表面跳動。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，振動加劇，電刷在換向器的表層跳動的頻率越大，電機(jī)的振動就越大，這主要是由于電樞兩端的平衡塊脫落，造成電樞的不平衡，或者是由于電樞繞組修理后沒有進(jìn)行平衡修改造成的。一般來說，對低速運(yùn)行的電機(jī)，電樞應(yīng)進(jìn)行靜平衡校驗(yàn)；對高速運(yùn)行的電機(jī)，電樞必須進(jìn)行動平衡校驗(yàn)，所加穩(wěn)定塊一定要牢靠地固定在電樞上。（2）換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件，要求表面光潔圓整，沒有局部變形。在換向良好的情況下，由于較長一段時間運(yùn)轉(zhuǎn)，換向器的表面一層會由于長時間的積累形成一層薄膜，這層薄膜有利于換向，并能減少換向器的磨損。如果換向器因?yàn)榘惭b配質(zhì)量不好引起變形或者換向片間百母凸出和受到碰撞使個例換向片突出或向下陷，表面有撞擊疤痕或毛刺時，電刷也沒有辦法完成在換向器平穩(wěn)滑動的過程中增大火花，換向器表面由于長時間積累的一層污物也能造成電刷接觸不穩(wěn)而導(dǎo)致火花的出現(xiàn)。如果換向器的表層沾有污物，應(yīng)該用倒上酒精的抹布進(jìn)行擦拭，很容易將表層擦拭干凈。換向器表層如果產(chǎn)生不規(guī)律的狀態(tài)，要用換向片表層相吻合的木塊墊起來，然后用細(xì)玻璃砂紙來磨換向器。假如不能按照標(biāo)準(zhǔn)就一定要車削換向器的外圓。（3）確保電刷和換向器的良好接觸。電刷表層至少有3/4的換向器接觸，電刷的壓力需要維持平均性，電刷間的壓力差不應(yīng)該大于1000Pa，這樣可以確保各電刷的接觸電阻基本差不多，保證各電刷電流均衡。電刷彈簧壓力不合適，電刷材料不符合要求，電刷型號不一致，電刷和刷盒之間的配合要么會緊要么會松，電刷伸出盒太大也會對電刷的受力產(chǎn)生影響，最終導(dǎo)致有害火花的出現(xiàn)。

電氣原因及維護(hù)：換向接觸電勢和電樞反應(yīng)電勢都是導(dǎo)致直流電機(jī)換向不良的因素。電刷需要通過換向器和幾何中心線的兀件進(jìn)行接觸，使換向兀件不切割主磁場。不過維修后換向繞組、補(bǔ)償繞組安裝不合格，磁極、刷盒裝配偏差導(dǎo)致各磁極間距離差距較大、各磁極下的氣隙不平均、電刷沒有進(jìn)行中心對齊、電刷沿?fù)Q向器圓周等分布不均勻，都會增大電樞反應(yīng)電勢，從而使換向惡化，產(chǎn)生有害火花。所以進(jìn)行檢修的時候需要采用正確的方式對各個磁極、電刷進(jìn)行安裝，均勻地進(jìn)行分配。正確的方式安裝換向極繞組、補(bǔ)償繞組，對改善換向產(chǎn)生重要的作用和影響。電刷中心位置測定基本分為三類方法，主要有：感應(yīng)法、正反轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)法、正反轉(zhuǎn)電動機(jī)法。

2.1.3 其他影響及維護(hù)

電樞元件斷線或焊接不良：通過相應(yīng)的換向片進(jìn)行焊接形成的直流電機(jī)的電樞繞組的閉合回路，假設(shè)有元件轉(zhuǎn)到電刷下的情況發(fā)生，電流就可以通過電刷這一載體進(jìn)行接通，最后通過電刷斷裂停止接通電刷，因此，可以通過鏈接和斷裂這兩種方法，摩擦出很多的火花容易短路元件兩頭的換向片，這時用電壓表檢測換向片間電壓。

電樞繞組短路：電樞繞組出現(xiàn)短路狀況時，電機(jī)的空載和負(fù)載電流會不斷增加，短路元件中出現(xiàn)了比較大的交變電流，使電樞的一些部分出現(xiàn)了發(fā)熱狀況，更甚至?xí)龘p繞組。有極個別的地方會產(chǎn)生短路的現(xiàn)象擾亂了并聯(lián)支路電勢的穩(wěn)定性。利用短路硬件中原有的交變環(huán)流會使重?fù)Q向惡化的程度很快更深，增大火花。電樞硬件一旦出現(xiàn)短路就會通過短路點(diǎn)導(dǎo)致短路回路，利用電壓表測試時，就會出現(xiàn)短路元件所接的兩換向片間的電壓為零或者幾乎沒有。

電源對換向的影響：因?yàn)樽兞骷夹g(shù)的提高，可變直流電源憑借其效率高、控制維護(hù)方便兩大優(yōu)勢得到迅速的發(fā)展，不過因?yàn)闀l(fā)諧波電流和快速暫態(tài)發(fā)生變化也會引起直流電動機(jī)產(chǎn)生危害。其中電源的交流內(nèi)容會把直流電機(jī)轉(zhuǎn)換惡性循環(huán)，并且還伴有嘈雜的噪聲和發(fā)熱損耗等。改善的基本方法：通常情況下都是采用平波電抗器進(jìn)行減少諧波的影響。

2.2 直流電機(jī)電樞繞組故障及維護(hù)

2.2.1 直流電機(jī)過熱及處理

直流電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)以后，如果機(jī)器的溫度提高的比標(biāo)準(zhǔn)溫度高，但是機(jī)器沒有其他地方出問題，這種就是直流電機(jī)過熱。長時間保持這種情況，就會讓電機(jī)老化得更快，使用的時間大大減少。如果這種過熱的現(xiàn)象是因?yàn)樵谠O(shè)計和安裝或者維護(hù)的過程中出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的，沒有第一時間解決這個問題，就會讓問題更加嚴(yán)重，導(dǎo)致其他地方出現(xiàn)問題。因此，要是整機(jī)出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象，一定不能不當(dāng)回事，要及時查找問題所在，找出解決的方案，讓電機(jī)恢復(fù)正常。導(dǎo)致整機(jī)過熱可能有下面幾個方面的原因：電機(jī)在運(yùn)行的過程中和原本設(shè)計的運(yùn)行方式不一樣，鐵芯和線圈表面吸入了一些灰塵不能及時清理掉，妨礙機(jī)器散熱；那些送去維修好了的電機(jī)，要是散熱風(fēng)扇葉片曲面方向和電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向不一樣，溫度降低就會變慢，在正常運(yùn)作以后，電機(jī)就會更熱；空氣過濾器堵塞、油膩污染；工作環(huán)境惡劣；電機(jī)本身的通風(fēng)口設(shè)計有問題，太小了，而且里面不是直來直去的，通風(fēng)不直接，就會導(dǎo)致散熱不好。要根據(jù)具體出現(xiàn)的問題來有針對性地進(jìn)行解決。要是在比較差的條件下使用電機(jī)，比如溫度太高、濕度太大等這樣的環(huán)境里，就要注意不要一直使用電機(jī)或者用外部設(shè)備來幫助散熱通風(fēng)。如果是設(shè)計出現(xiàn)了什么問題，就要重新根據(jù)情況來調(diào)整，讓電機(jī)運(yùn)行起來更加合理，更好地散熱通風(fēng)，提高運(yùn)行效率。要是電機(jī)的通風(fēng)路道被堵住了，可以用壓縮空氣機(jī)從外面吹一吹來幫助清理，操作的時候一定要注意安全，不要損壞了電機(jī)。隨時保持電機(jī)的環(huán)境清潔，通風(fēng)流暢。如果是噴油空氣過濾器，要先用汽油后用熱堿水來清洗，然后再補(bǔ)充上新的油。

2.2.2 電樞繞組斷路及處理

電樞繞組斷路大多數(shù)情況下是因?yàn)閾Q向片和導(dǎo)線的接頭處沒有接好，或者電機(jī)在運(yùn)行的時候因?yàn)檎饎拥木壒剩尳涌跀嚅_了，也有一些是里面的線斷了。這些故障能夠用眼睛看到比較大的火花，要解決好一定要判斷出是哪條線斷了。

2.2.3 電樞繞組短接及處理

電樞繞組接地大多數(shù)情況下是因?yàn)椴劢^緣和繞組之間的絕緣體壞了，導(dǎo)體和硅鋼片直接解除了。也可能是換向片接地?fù)舸c(diǎn)出現(xiàn)在槽口、換向片內(nèi)和繞組端部。

2.2.4 故障實(shí)例分析

故障現(xiàn)象：電吹風(fēng)上的小型直流電機(jī)不能自動運(yùn)轉(zhuǎn)，需要人力輔助，而且轉(zhuǎn)動很慢。

故障分析與檢測：直流電機(jī)是由單相線圈組成的，本身只有兩個換向器，在運(yùn)轉(zhuǎn)的時候有一個顧不到的地方。因此這種電機(jī)最少需要3個換向器銅片，線圈也要有3組。線圈頭分別與3個換向片壓在一起，無論哪個點(diǎn)出現(xiàn)接觸不良和換向片掉下來的情況，都能及時處理。在開啟電機(jī)的時候，要是在盲區(qū)的位置，就不動，這時候加上一個外力，讓它離開死區(qū)，就能動起來了。

把電機(jī)拆下來，檢測換向片，要是其中一個和另外兩個之間不通或者電阻增大，就知道故障點(diǎn)在哪了。

故障處理：如果是線圈接觸不良導(dǎo)致的，要重新接一下線圈；如果是換向片脫落導(dǎo)致的，就重新裝一下?lián)Q向片。

3 結(jié)語

本文主要對直流幅壓無觸點(diǎn)啟動器在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的一些問題做出了分析和闡述，首先分析了無觸點(diǎn)故障及其解決方法，其中包括軟啟動常見故障和運(yùn)行中常規(guī)故障；然后介紹了直流幅壓電機(jī)故障及其解決辦法，包括直流電機(jī)換向故障和直流電機(jī)電樞繞組故障。因?yàn)檎麄€運(yùn)行系統(tǒng)比較復(fù)雜，特點(diǎn)比較多，要想找出具體哪里出了問題，就要全面、仔細(xì)地來檢測問題出在哪，然后針對問題找到解決的最好的方案。

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