淺談艦艇直流電機常見故障及維護

李曉偉，劉先越

（中國人民武裝警察部隊海警學院，浙江 寧波 315000）

1 前言

電機用電占整個工業(yè)用電的70%以上，無論電能產(chǎn)生端、輸配電過程還是用電終端，無論陸地電力系統(tǒng)還是船舶電力系統(tǒng)，電機都充當著非常重要的角色，可見電機作為不可或缺的動力設備，在工業(yè)各個領(lǐng)域廣泛應用，軍用艦艇機艙內(nèi)根據(jù)不同應用場景、不同功能需要，同樣需要應用大量電機，這其中包括旋轉(zhuǎn)電機直流電機、交流三相異步電動機、同步發(fā)電機以及靜止電機中的變壓器。三相異步電動機在機艙中應用最普遍，各海水泵、淡水泵、燃油泵、滑油泵、消防泵、空壓機、海水淡化裝置以及非殺傷性武器水炮裝置的泵組等普遍使用交流三相異步電動機作為動力；同步發(fā)電機主要作為艦艇電站的各副機發(fā)電機組、應急發(fā)電機及軸帶發(fā)電機，為艦艇提供電能來源，容量通常較大；變壓器主要為艦船照明系統(tǒng)供電，提供220V交流電，而直流電機在艦艇上主要作為小型柴油機組的啟動電機使用，例如，艦艇發(fā)電機組中副機的啟動馬達，在一些全電力推進艦船中作為主推進器和側(cè)推裝置電機。電機功能對于艦艇正常運轉(zhuǎn)的重要性不言而喻，但艦艇的環(huán)境條件比陸地惡劣很多，鹽霧、油霧以及航行中艦艇的搖擺直接提高了艦艇電機的故障發(fā)生率。本文就艦艇直流電機常見故障及日常使用維護技巧進行論述。

2 艦艇直流電機常見故障及排除方法

2.1 電刷與換向器之間火花過大（圖1）

圖1 直流電機內(nèi)部電刷與換向器接觸情況

（1）電機負載過大。當電機超載后，電刷上流過的電流過大，導致電機換向困難，火花過大。解除引起過載原因后故障自行消除，常見過載原因如直流電機與所拖動機械設備齒輪卡滯、電機絕緣水平降低引起繞組過熱、電機電樞直流電源供電質(zhì)量不佳等。

（2）刷握松動。電刷位置如果安裝不正確，同樣會引起火花，如果電刷安裝位置不成一條直線，會影響直流電機的換向過程。要嚴格按照位置精準固定（圖2）。

圖2 電刷裝置具體結(jié)構(gòu)示意圖

（3）電刷與換向器表面接觸不良。換向器表面有油污，碳塊上的預緊彈簧壓力不夠，碳塊與刷握間隙太緊有卡滯或者碳塊使用磨損嚴重都有可能導致兩者之間接觸不良，具體處理措施根據(jù)原因詳情來處理。

（4）換向器上各換向片之間存在短路。鴿尾型換向片之間以云母片絕緣，當云母片丟失脫落或因為機艙潮濕的環(huán)境導致云母片霉變后會導致?lián)Q向片間短路。碳刷碎裂后，碎屑掉落在換向片之間的槽內(nèi)，會導致?lián)Q向片之間短路。由于更換換向器后安裝時與周圍機械外殼有碰撞導致?lián)Q向器出現(xiàn)毛刺以及打磨不光滑產(chǎn)生的毛刺，都可能與周圍相鄰換向片之間短路。檢修時，注意檢查換向片的光滑及片間絕緣良好（圖3）。

圖3 鴿尾型換向片組成的換向器

（5）電樞軸向運行不穩(wěn)、抖動。轉(zhuǎn)子電樞與周圍定子磁極間的間隙不均勻，直流電動機或直流發(fā)電機運轉(zhuǎn)過程中造成磁系統(tǒng)不均勻，電樞繞組上各繞組支路切割磁力線程度不同，各支路產(chǎn)生的感應電動勢也就不同，其內(nèi)部產(chǎn)生的均壓電流使電刷與換向器間產(chǎn)生火花。造成這種間隙不均勻的原因有：第一，主磁極、換向極安裝不當，如墊片未安裝導致安裝不牢固或磁極松動；第二，軸承內(nèi)鋼珠磨損嚴重，尺寸失準；第三，電機與負載軸線沒有對中。具體處理措施根據(jù)原因詳情來處理。

（6）換向極線圈接反。換向極的作用就是改善直流電機換向，減少火花，如果換向極的線圈接反會增加直流電機繞組的換向難度，使其運轉(zhuǎn)時換向更加困難，在電刷下產(chǎn)生更大火花。判斷的方法是取出轉(zhuǎn)子電樞,把“正、負”電刷用導線成對短接,電機通入小直流電。用小磁針試驗換向極極性。如果是直流發(fā)電機，則換向極與沿著轉(zhuǎn)向的前一個主極極性相同；如果是直流電動機，則換向極與沿著轉(zhuǎn)向的前一個主極極性相反。

（7）換向器上存在部分換向片損壞。各換向片間之間絕緣云母片突出，使得電刷與換向片之間不能良好滑動接觸，造成火花現(xiàn)象。處理方法是將直流電機進行廠休更換換向器部件。

（8）電樞繞組與換向器虛接或脫焊。該故障不容易發(fā)現(xiàn)，需要借助電橋測量工具，用電橋逐個測量相鄰兩換向片間電阻，如果某兩片間的阻值高于正常值，說明這兩各換向片與繞組間存在虛接脫焊現(xiàn)象。處理方法是重新刮去焊接點漆包線的絕緣漆進行牢固焊接或修復斷線。

（9）換向極產(chǎn)生的磁通強弱不合適。如果換向極磁通太弱會產(chǎn)生火花。換向極磁通太強，補償電樞反應過強，同樣會產(chǎn)生綠色針狀火花。具體處理措施可以進廠進行參數(shù)檢測并校正（圖4）。

圖4 主磁極和換向極組成的直流電機定子

2.2 直流電動機不能啟動及對應處理措施

（1）電動機電源沒有通上，常見原因就是電路熔斷器燒斷了，及時檢查電路存在的故障并更換熔斷器。

（2）定子勵磁繞組所在電路存在斷路點，電機內(nèi)部定子無法產(chǎn)生磁場，處理措施是查找勵磁回路斷路點并修復。

（3）電源電壓低于額定電壓或電樞回路串接的啟動電阻太大，使得電動機轉(zhuǎn)子不能夠產(chǎn)生足夠的啟動力矩，而造成轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)。檢查電源存在的問題，給直流電機供額定電壓或減小電樞回路的啟動電阻。

（4）電刷碳塊卡滯無法與換向器接觸或點接觸，接觸不良導致接觸電阻過大，處理措施是調(diào)整電刷。

2.3 電動機轉(zhuǎn)速低的原因及處理措施

（1）轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩小，處理措施是檢查直流電機電源供應是否正常，電樞回路串接的調(diào)速電阻阻值是否正常。（2）電刷位置不對，偏離中性線，處理措施是重將電刷安裝位置調(diào)整至中性點處。（3）電樞繞組漆包線絕緣損壞，存在匝間短路或異常接地，處理措施是測量電樞繞組阻值，找到短路故障所在繞組或接地原因并修復。

2.4 電動機轉(zhuǎn)速高的原因及處理措施

直流電機中E=kΦn，如果直流電機電源正常的情況下，轉(zhuǎn)速升高主要原因是磁通減弱，即所謂的“弱磁升速”。

（1）如果是串勵直流電機，不允許空載啟動，否則，會轉(zhuǎn)速過高，甚至“飛車”，具體處理措施就是啟動前給電機增加負載轉(zhuǎn)矩。（2）勵磁回路串接的電阻增大，使得勵磁電流減小，或者并聯(lián)勵磁繞組存在斷路，使得電機內(nèi)磁通減弱，根據(jù)上述電勢平衡方程可以分析出轉(zhuǎn)速會上升。處理措施是根據(jù)電機啟動各階段特點調(diào)整勵磁電流或查找開路點并修復。

2.5 轉(zhuǎn)子電樞繞組過熱、燒毀的原因及處理措施

電樞繞組過熱的根本原因是繞組電流過大，導致銅損增加。（1）電機長時間過載運行，處理方法是查找電機過載原因并修復。（2）電樞繞組或換向極線圈匝間短路，處理方法是分析、查明繞組短路原因并解決。（3）電機所拖動的負載不變時，直流電機電樞外加電壓低于額定值，電機轉(zhuǎn)矩不夠，導致電能不能充分轉(zhuǎn)化為機械能，電流在繞組發(fā)熱。處理措施是根據(jù)負載及電機參數(shù)調(diào)整外加電源電壓。（4）發(fā)電機外接負載發(fā)生短路，造成電樞回路電流過大。處理方法是使用萬用表等電工工具查明短路故障點并恢復。（5）定、轉(zhuǎn)子之間存在摩擦，或轉(zhuǎn)軸與軸承存在銹蝕摩擦力過大造成阻力矩增大等，處理措施是進廠修理。

2.6 直流發(fā)電機無電壓或端電壓太低

（1）自勵式直流發(fā)電機不建壓原因及處理方法。原因一：電機長時間不運行，電機勵磁回路無剩磁，不能自勵起壓，處理措施是對發(fā)電機勵磁進行充磁，充磁時注意極性。原因二：勵磁線圈接反，處理措施是調(diào)整勵磁線圈與電樞繞組的正確接線并進行充磁。原因三：勵磁繞組所在回路存在斷路，處理措施是查找故障點并修復。

（2）發(fā)電機端電壓低的原因及處理措施。原因一：勵磁電流過小，處理措施是調(diào)整勵磁回路，檢查勵磁回路電阻值。原因二：轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路，測量繞組阻值，找到異常繞組并修復。原因三：換向片間短路，處理措施查看換向器短路具體原因進行現(xiàn)場修復或廠修。

3 日常使用維護技巧

為了減少艦艇直流電機的日常故障發(fā)生率，提高設備運行的可靠性，作為艦艇電氣管理人員，要經(jīng)常監(jiān)測電機的運行情況并及時維護。

3.1 日常維護清潔

電機維護保養(yǎng)中非常重要的一項就是清潔工作，電機周圍環(huán)境中雜物及時清理，尤其金屬性雜物，如未及時清理，在船舶振動搖擺過程中可能進入電機內(nèi)部引起短路。電機通風孔道應保持通暢，如有灰塵應用皮老虎或壓縮空氣進行清潔。觀察電機表面絕緣漆有無損壞，若有掉漆現(xiàn)象及時涂漆，同時轉(zhuǎn)子軸承定期填充潤滑油脂。

3.2 外觀的檢查

電機外殼應完好無損，無裂紋，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸靈活無變形且安裝牢靠。

3.3 運行中的監(jiān)測

（1）監(jiān)測電機電源。如果是柴油機啟動電機所用直流電機通常為蓄電池作為啟動電源，定期測量蓄電池組的端電壓，通常為24V。（2）監(jiān)測電動機的溫升，若溫升超過正常范圍，則說明電機本身或控制設備和負載等有問題，必須及時查明原因并修復，否則，長時間高溫會損壞電機繞組絕緣，甚至引發(fā)安全事故。（3）監(jiān)聽電機運行過程中的聲音。正常運轉(zhuǎn)的電機是平順正常的低微嗡嗡聲，如果電機出現(xiàn)故障會出現(xiàn)不規(guī)律異常響動，并可能伴隨著抖動。常見的如轉(zhuǎn)子軸承轉(zhuǎn)動卡滯、散熱風葉異物堵塞。

3.4 查看直流電機碳刷裝置中碳塊的磨損程度

直流電機運行過程中，碳刷與換向器的摩擦是不可避免的，因此碳刷需要定期查看磨損情況，如果磨損嚴重，需及時進行更換。

3.5 測量絕緣電阻

用兆歐表測量維修后的電機繞組的對地絕緣電阻，通常應不低于5MΩ。引起電機絕緣電阻低的原因可能是電機受潮，或檢修后安裝不規(guī)范。

4 結(jié)語

掌握艦艇直流電機常見故障及維護技巧對于提升相關(guān)電氣設備運行可靠性非常重要，關(guān)鍵時刻可以保證發(fā)電機組的快速啟動，側(cè)推裝置的高效靈活運轉(zhuǎn)，提升艦艇的機動性能，一定程度上提升了艦艇續(xù)航，提高了艦艇的生命力。