直流電機換向故障分析與檢查

王增艷　尚躍生

摘 要：直流電機這種設(shè)備具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在整個設(shè)備中需要消耗大量的有色金屬，所以不僅生產(chǎn)成本高昂，同時維護起來也相當復(fù)雜。但是這種設(shè)備調(diào)速性能良好，加之起動轉(zhuǎn)矩和過載能力較強，所以在很多電力機械當中的應(yīng)用都是非常廣泛的。在直流電機中，換向器是其中比較重要的部件，作用是直接可將直流電流轉(zhuǎn)換為交變電流，也是查看整個機械設(shè)備是否存在故障的重要途徑。本文針對直流電機內(nèi)的換向器故障情況進行了分析和探討，并且總結(jié)了一些可行的維修維護對策，希望可以給相關(guān)工作的開展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：換向器；換向故障；解決方案；維護

直流電機啟動轉(zhuǎn)矩較大，同時起動、制動以及調(diào)速性能都非常出色，調(diào)速曲線平滑，可以任意改變轉(zhuǎn)向，加之成本低廉，得到了很多人的認可。但與此同時。這種設(shè)備也存在著較為明顯的缺陷，例如對外界環(huán)境要求較為嚴格、維修難度較高等等。但是對于電機的故障而言，換向器故障占據(jù)了絕大多數(shù)，最為常見的類型包括換向困難以及打火困難等等。本文針對這方面的問題進行了分析。

1 直流電機以及換向器的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 直流電機的結(jié)構(gòu)分析

直流電機可以分為兩大部分，分別是定子和轉(zhuǎn)子。直流電機中的靜止、不運動的部位稱為定子，其中包括了主磁極、換向極以及電刷裝置等等，而轉(zhuǎn)子則是電機內(nèi)的轉(zhuǎn)動部位，也可以稱為電樞，其包括了換向器、風(fēng)扇以及電樞繞組、鐵心。

1.2 換向器的結(jié)構(gòu)以及工作原理

換向器是由許多緊壓在一起的換向片組成，每一換向片與相鄰換向片之間，用云母絕緣，許多換向片組合成圓筒形，大型直流電機的換向器是數(shù)百片梯形斷面的特制銅片和硬質(zhì)云母片用鋼制壓圈緊固而成，在制造時經(jīng)過反復(fù)的冷壓、熱壓和動壓形成等過程。換向片通過升高片與轉(zhuǎn)子線圈相連，片面上通過碳刷接觸與外電源相連。換向器有一中心支架，起固定作用，中心支架包括一金屬軸和一絕緣環(huán)，換向器通過金屬軸與轉(zhuǎn)子軸壓接。換向便是用機械方法強制改變電路連接，使繞組元件在極短時間內(nèi)從一條支路移入另一條支路，從而使該元件中的電流從一數(shù)值換至另一數(shù)值。

2 常見故障分析

2.1 電磁故障問題

電磁出現(xiàn)故障導(dǎo)致?lián)Q向器無法正常工作，距離來說，換向極強度問題、磁路飽和問題、電刷位置以及性能問題等等。

（1）過電流導(dǎo)致產(chǎn)生換向火花

如果過載強度過高，那么就很可能出現(xiàn)火花，如果燒傷換向片，就會導(dǎo)致表層氧化膜被破壞，進而影響其承載能力，所以在單位電流下，火花問題也會不斷嚴重。

處理方法：針對相應(yīng)的工藝參數(shù)進行調(diào)整，減少電機工作中產(chǎn)生的電流，在達到一定水平之后進行車削。

（2）碳刷的中心線出現(xiàn)了偏移，導(dǎo)致?lián)Q向器換向功能阻礙。這種情況一般是在使用過程出現(xiàn)，有的因振動，刷桿、刷握移位；有的中型電機因為換底排碳刷不方便，轉(zhuǎn)動電機刷盤方式更換，復(fù)位不準所至，以及維修后沒效準所致。對中性線不準的電機，換向性能極差，偏心嚴重等。

處理方式：重效中性線。

2.2 機械缺陷

滑動接觸不穩(wěn)定，換向器變形，電機的振動或外來的機械沖擊引起電刷下火花都稱為機械火花。

（1）換向器變形導(dǎo)致?lián)Q向不良

換向器整體變形的情況，由圓型變?yōu)榱藱E圓型，有的是局部換向片突出。特別是新電機，由于換向器加工制造質(zhì)量差所致，電機承受轉(zhuǎn)動慣量和換向器受熱后變型，或者換向器緊固螺絲松動所致，對這種原因引起的火花，采用換碳刷，調(diào)刷握，清潔或者打磨表面，清理槽間灰塵及金屬粉沫等技術(shù)措施，效果不佳。處理方式：電機下線，上車床車屑換向器表面，緊固換向器螺絲。

（2）換向器升高片斷排

這種故障在公司一臺1350kW的電機出現(xiàn)幾次，該電機運行電流大，換向器溫度高，機械振動，電機制造工藝缺陷等，導(dǎo)致升高片脫焊或斷條。處理方式：更換冷卻包，降低電機溫度，降低電流限幅值來改變電機運行性能。更主要的是對升高片進行特殊處理：每片用膠木棒包以羊毛粘綁定，然后用樹脂膠加以粘合固定，以增強升高片抗振強度。

3 關(guān)于直流電機中換向器的檢修

3.1 換向器檢查要點

（1）首先確定碳刷長度，并且確定碳刷是否出現(xiàn)偏移，并積極清潔刷干以及絕緣子。（2）保證換向器表面清潔，定期吹凈表面灰塵，之后用不了擦拭干凈，如果發(fā)現(xiàn)油污，則立即用酒精擦凈。（3）查看換向器表面氧化情況，正常情況下可反射出不同光澤。表面要保證無磨損、無擠銅、有倒角，云母槽深度約為1.5mm、保證其中無積灰。（4）在測溫上，為了提高效率，可以使用紅外測溫設(shè)備，發(fā)現(xiàn)溫度異常立即停機檢修。

3.2 設(shè)備的打磨

換向器一旦出現(xiàn)了故障，就會直接導(dǎo)致?lián)Q向器表面狀態(tài)的不斷惡化，也會讓火花越來越大，為了去除表面的灼傷痕跡，就需要我門積極打磨換向器表面。在打磨工具的選擇上，應(yīng)該首選NO.0以及NO.00砂紙；其次為了保證打磨效果，要保證電機設(shè)備在額定轉(zhuǎn)速20%的運行狀態(tài)下打磨；在打磨過程中，可以將砂紙卡在木制瓦上，也要保證木制瓦的弧面能夠完全貼合于換向器的弧面；為避免影響到設(shè)備外殼的厚度，也不能完全露出銅色，嚴格控制打磨時間；在打磨完畢后，就要立即清理換向器，先用毛刷將表面和槽內(nèi)的碎屑掃干凈，在吹掃完畢之后使用白色紗布來對表面進行清潔。

3.3 換向器的車削

當換向器表面出現(xiàn)嚴重?zé)齻驕喜?，以及當換向器有較大的偏心或凸片等缺陷時，需要車削換向器表面處理。具體要求如下：（1）若換向器是因松動而變形，則應(yīng)在100℃左右先旋緊換向器壓緊螺帽后再進行車削；（2）在升高片和無緯帶處用塑料膠帶將換向器與電樞隔離，以免車削時銅屑入電機內(nèi)部造成短路；（3）車削最好在車床上進行，切削速度在120m/min～200m/min，進刀量0.1mm～0.3mm。車削時要使電機無軸向移動；（4）車削完后，要對換向器重新進行拉槽及倒角工作。倒角應(yīng)光滑無毛刺；（5）用砂紙把換向器表面略加打光，清理結(jié)束后，把銅墻鐵壁屑、云母屑吹凈并揩清潔；（6）測量換向片片間電壓，其值應(yīng)基本相等；（7）為了建立起初步的氧化膜，應(yīng)先在低負載或接近滿負載電流下穩(wěn)定運行數(shù)小時至幾十小時。

4 結(jié)束語

在整個直流電機當中，換向器作為一個重要結(jié)構(gòu)需要我們進行重點養(yǎng)護，同時這也是最容易出現(xiàn)問題的部位，如果想要保證好直流電機的運行情況、維持正常使用年限，那么換向器的正常工作就非常重要。在實際工作開展的過程中，我們也要重視經(jīng)驗的積累總結(jié)，及時發(fā)現(xiàn)問題才能及時處理，保證設(shè)備的正常運行，讓其發(fā)揮應(yīng)有的效用。本文針對直流電機內(nèi)的換向器故障情況進行了分析和探討，并且總結(jié)了一些可行的維修維護對策，希望可以給相關(guān)工作的開展提供一些參考。

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