直流電機(jī)換向故障的處理

1、直流電機(jī)換向故障的處理一、火花產(chǎn)生原因和等級(jí)(一)換向火花劃分原則 保持電刷與換向器良好的工作狀態(tài),保持優(yōu)良的換向性能是保證直流電機(jī)安全的重要條件。通常情況下，電機(jī)無(wú)火花運(yùn)行（或微弱的無(wú)害火花下運(yùn)行），換向器表面氧化膜均勻而有光澤，電刷與換向器磨損輕微等均可認(rèn)為是良好的換向性能的表征。相反，強(qiáng)烈的換向火花，換向器表面氧化膜破壞或異常，電刷與換向器之間滑動(dòng)接觸不穩(wěn)定，電刷與換向器的異常磨損等都是換向不良的癥狀，將直接威脅電機(jī)運(yùn)行。火花是電刷與換向器之間的電弧放電現(xiàn)象，是直流電機(jī)換向不良的最明顯標(biāo)志。由于輕微的電刷火花釋放能量微弱，不會(huì)構(gòu)成對(duì)電機(jī)運(yùn)行的危害，故稱無(wú)害火花。較強(qiáng)的電刷火花其能量將會(huì)破

2、壞電刷與換向器之間的滑動(dòng)接觸，灼傷電刷鏡面和換向器表面氧化膜，使兩者磨損增加，并造成惡性循環(huán)，這種火花屬有害火花。更有甚者，由于強(qiáng)烈的電刷火花使電刷磨道上空氣游離，因電弧飛越而導(dǎo)致環(huán)火事故對(duì)電機(jī)造成巨大的損壞，構(gòu)成對(duì)直流電機(jī)運(yùn)行的威脅。不同的換向火花對(duì)直流電機(jī)運(yùn)行的影響和危害不同，為了確定換向火花對(duì)直流電機(jī)運(yùn)行的影響和危害，必須要?jiǎng)澐只鸹ǖ燃?jí)。換向火花是電刷和換向片脫離接觸時(shí)換向元件中釋放電磁磁量，以電弧放電形式表現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)對(duì)換向火花研究表明，它是一種頻譜廣闊的電磁波，其頻譜主要范圍是30KHZ至1MHZ。換向火花的危害性應(yīng)根據(jù)火花能量的標(biāo)志，可以作為評(píng)價(jià)換向火花的標(biāo)準(zhǔn)。但由于火花測(cè)量十分復(fù)

3、雜和困難，因而通常以火花亮度、密集程度和大小作為劃分火花等級(jí)的依據(jù)。世界各國(guó)對(duì)于火花劃分標(biāo)準(zhǔn)各不相同，但是所有這些標(biāo)準(zhǔn)都是根據(jù)換向火花的亮度、密集程度、大小以及對(duì)電刷和換向器的損害表現(xiàn)，來(lái)劃分換向火花等級(jí)的，由于至今尚未有某種儀器可精確測(cè)定換向火花等級(jí)，都是由觀察者目視決定的，因而不可避免的帶有火花觀察者的某些主觀因素。(二)火花等級(jí)GB755-87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的火花等級(jí)，是用兩種方法加以判別的。一是電刷下火花特征，即火花大小、亮度和密集程度；二是火花對(duì)換向器表面和電刷的損害程度。 在上述火花等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中可以看出，1級(jí)和11/4級(jí)火花是無(wú)害火花，11/2級(jí)火花雖然在換向器和電刷表面產(chǎn)生輕微灼痕，但仍

4、允許長(zhǎng)期運(yùn)行，不致造成對(duì)電機(jī)的威脅；2級(jí)火花的電弧能量較大，會(huì)造成對(duì)換向器和電刷的灼傷，是有害火花，只允許在過載時(shí)短時(shí)出現(xiàn)；3級(jí)火花是危險(xiǎn)火花，它能導(dǎo)致環(huán)火事故，不允許經(jīng)常出現(xiàn)。 當(dāng)直流電機(jī)采用晶閘管供電時(shí)，換向火花通常會(huì)比電池或機(jī)組大一些，原因是晶閘管供電電動(dòng)機(jī)火花是含有交流分量，用眼睛觀察到的火花亮度雖然大一些，但是實(shí)際上其電弧能量較小。二 、氧化膜1 氧化膜形成和性質(zhì) 直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程建立起的氧化膜，是滑動(dòng)接觸中的一個(gè)重要因素，在換向器表面形成有光澤而且顏色均勻的氧化膜，是良好換向的前提。 氧化膜的形成主要是由于電刷和換向器之間滑動(dòng)接觸所發(fā)生的電化學(xué)過程。在大氣中普遍存在水蒸氣，電刷

5、和換向器亦都覆蓋一層極薄水膜，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電刷和換向器械之間電流通過并發(fā)生接觸傳導(dǎo)時(shí)，分別成為兩個(gè)電極。當(dāng)換向片是陽(yáng)極時(shí)，水電解的氧離子趨向陽(yáng)極，使銅被氧化成氧化銅和氧化亞銅。同時(shí)因機(jī)械和電氣磨墨結(jié)晶不斷堆積在銅表面，形成了厚度約為450的氧化膜。其表面又吸附了氧氣和水氣，形成一水膜。因此，氧化膜成分中，包含有氧化銅、氧化亞銅、石墨、碳粒、少量其他雜質(zhì)以及被吸附的水氣和氧。電刷與換向器接觸微觀狀態(tài) 氧化膜的顏色是各不相同的，通常是紫色的、紅褐色的、淺蘭色的、咖啡色的、灰色的德行，只要有光澤，顏色均勻都是屬于正常的氧化膜。2氧化膜的維護(hù)氧化膜是一種性質(zhì)活潑，處于動(dòng)態(tài)平衡過程的物質(zhì)，直流電機(jī)氧化

6、膜形成能力主要是決定于電機(jī)換向性能、負(fù)荷性質(zhì)、電刷性能、周圍介質(zhì)和滑動(dòng)接觸狀態(tài)。氧化膜變化過程往往是換向惡化的前兆，為此，必須精心加以觀察和維護(hù)，經(jīng)常地清吹和擦凈換向器表面，當(dāng)氧化膜狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)必須分析和找出影響因素。對(duì)于難于建立氧化膜的電機(jī)可以采取一些措施，促使建立氧化膜； 三、常見的換向故障 直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中常見的換向故障見表1表1 換向故障的原因和處理方法序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因處理方法1換向不良1、換向器表面狀態(tài)不良2、換向器偏心和變形3、過載4、電刷彈簧壓力過小5、電刷牌號(hào)不合適6、電樞繞組片間短路7、并頭套開焊8、補(bǔ)償和換向器極繞組接線錯(cuò)誤9、有害氣體10、刷距不均勻11、電機(jī)

7、振動(dòng)電刷不在中性面上1、加強(qiáng)維護(hù)，并進(jìn)行表面處理車圓換向器2、應(yīng)在額定值內(nèi)運(yùn)行3、處理?yè)Q向器表面，減少電刷與刷握間隙4、調(diào)整至規(guī)定壓力5、選用合適牌號(hào)電刷6、清除片間云母溝中金屬短路物7、補(bǔ)焊電樞并頭套8、排除短路故障9、根據(jù)圖紙改正接線10、不使有害氣體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)11、調(diào)整刷距12、校平衡并消除振動(dòng)13、用感應(yīng)法找出中性面2電刷異常磨損和破損1、換向器表面粗糙2、換向不良3、絕對(duì)濕度低4、電刷制造、加工不良5、空氣中研磨性雜質(zhì)粉塵6、電刷、刷握振動(dòng)大7、接觸表面溫度過高8、電刷壓力過大 1、車光換向器2、調(diào)整和改善換向3、通風(fēng)道噴霧增濕4、更換電刷5、除塵和凈化空氣6、改善電刷潤(rùn)滑條件和減少

8、電刷，刷握間隙7、改善通風(fēng)和冷卻條件8、調(diào)整電刷壓力3換向器條紋1、濕度過高2、油霧附著3、有害氣體4、電刷材質(zhì)不合適5、電刷電密過低6、溫度過高7、刷面鍍銅1、不使潮氣進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部2、防止油霧進(jìn)入，經(jīng)常清擦換向器3、防止不害氣體進(jìn)入4、更換電刷5、避免在25A/c電密下長(zhǎng)期運(yùn)行6、改善通風(fēng)7、防止潮氣、有害氣體和塵埃進(jìn)入，選用合適電刷4環(huán)火維護(hù)不良短路或很重負(fù)載沖擊片間電壓過高換向不良電樞繞組開焊換向器表面處理，加強(qiáng)清理防止過載和清除短路防止過電壓調(diào)整和改善換向補(bǔ)焊電樞繞組5氧氣膜顏色不正常換向器溫度過高電刷牌號(hào)不對(duì)油附著有害氣體改善通風(fēng)更換電刷防止油霧進(jìn)入防止有害氣體進(jìn)入6抖動(dòng)和噪聲電刷、

9、刷握間隙過大電刷傾斜鐵角不適當(dāng)電刷材質(zhì)不合適換向器變形，突片電刷壓力不適當(dāng)?shù)蜐穸入姍C(jī)振動(dòng)調(diào)整刷握間隙調(diào)整傾角選用合適電刷車光換向器調(diào)整壓力增加風(fēng)道濕度校平衡和消振7換向器表面燒傷電刷換向性能差并頭套開焊極距、刷距不等換向器變形、突片電刷不在中性面上選用抑制火花能力強(qiáng)的電刷補(bǔ)償并頭套調(diào)整刷距、極距車圓換向器調(diào)整中性面位置8換向器磨損快呈銅本色電刷中含有碳化硅和金剛沙電刷磨損率太大電刷與換向器接觸不良濕度過低電刷電密過低空氣中有耐磨性塵埃改用合適電刷改用潤(rùn)滑性好電刷改善滑動(dòng)接觸條件人工建立氧化膜去掉部分電刷凈化空氣9換向片邊緣毛刺電刷振動(dòng)電刷卡死在刷握內(nèi)維護(hù)不良刷握加墊太多高磨擦見“電刷振動(dòng)項(xiàng)”項(xiàng)

10、使電刷在刷握內(nèi)自由活動(dòng)改善滑動(dòng)接觸，定期清掃換向器改用整墊改善滑動(dòng)接觸和使用潤(rùn)滑性能好電刷 10電刷表面鍍銅云母突出或有毛邊電刷形成氧化膜能力差、含研磨成分過多油沾污溫度過高濕度過低或濕度過高加強(qiáng)換向器運(yùn)行維護(hù)、重新下刻倒棱采用合適牌電刷防止油霧進(jìn)入電機(jī)內(nèi)改善通風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)道濕度11電刷電流分布不均電刷壓力不等電刷與刷握間隙過小刷辮螺釘未擰緊不同牌號(hào)電刷混用電刷粘結(jié)在刷握內(nèi)孔調(diào)整至規(guī)定壓力調(diào)整間隙緊固刷辮螺釘改用同一材質(zhì)電刷清掃刷握內(nèi)孔12電刷與換向器溫度高通風(fēng)不良長(zhǎng)期過載、堵轉(zhuǎn)電刷壓力過大高磨擦強(qiáng)烈火花電刷牌號(hào)不對(duì)改善通風(fēng)改善運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整彈簧壓力改善滑動(dòng)接觸條件見“換向不良”項(xiàng)改用潤(rùn)滑性能好的電

11、刷 四、換向器的表面處理 電刷與換向器構(gòu)成的滑動(dòng)接觸是影響換向的重要因素電刷和換向器在直流電機(jī)運(yùn)行中實(shí)際上是一個(gè)滑動(dòng)開關(guān)的作用，因此，換向器表面工作狀態(tài)是很關(guān)鍵的， 首先，要求工作時(shí)電刷應(yīng)能始終保持平穩(wěn)的接觸，無(wú)抖動(dòng)和跳動(dòng)，其次，要有較低的摩擦系數(shù)和較高的表面硬度，以延長(zhǎng)電刷和換向器壽命。 通常對(duì)換向器工作表面有如下幾點(diǎn)要求： 1)表面要光潔平滑，工作時(shí)電刷能干穩(wěn)的接觸，無(wú)跳動(dòng)。 2)片間云母下刻要干凈，不能有殘余云母粘留在換向片側(cè)邊，更不允許有云母片突出云母溝，其次，換向片的倒棱必須平直、均勻。 3)建立均勻的有光澤的氧化膜，不僅能降低摩擦系數(shù)，而且也增加了表面硬度，提高了換向器耐磨性，同時(shí)

12、由于氧化膜具有較高的電阻率，限制了附加橫向換向電流。 因各種原圖造成的換向故障， 都會(huì)損壞換向器表面氧化膜和工作狀態(tài)，如不及時(shí)排除故障或處理，則將進(jìn)一步使換向更加惡化，而導(dǎo)致惡性循環(huán)當(dāng)換向器表面出現(xiàn)不正常狀態(tài)時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行處理以防止事故進(jìn)一步發(fā)展 換向器表面處理通常有以下幾種方法 (一)用砂紙打磨 這是常用最簡(jiǎn)單的處理辦法?？梢蕴幚?yè)Q向器 表面燒傷造成灼痕氧化膜破壞，斑痕和較輕的條痕。 在采用砂紙打磨換向器時(shí)，必須要選用粒度較細(xì)的水磨砂紙，操作時(shí)先將砂紙包在一長(zhǎng)方木塊上，然后用木塊輕壓在換向器表面，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)將木塊沿?fù)Q向器長(zhǎng)度方向緩緩移動(dòng)，即可對(duì)換向器表面起砂光作用，砂光后必須用壓縮空氣吹

13、凈銅粉和砂粒，并檢查換向器表面粗糙度和云母溝中是否沾有銅粉等殘留物。砂紙打磨的缺點(diǎn)是破壞了換向器表面氧化膜，因此，進(jìn)行操作后必須重新建立氧化膜。 為了打磨時(shí)能有較細(xì)粗糙度，電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)高些，操作時(shí)應(yīng)注意安全。 (二)用柔性磨石清理?yè)Q向器表面 用柔性磨石清理?yè)Q向器表面一船是用于氧化膜不均，斑紋，氧化腆過厚以及表面污垢柔性唐石，這是寶鋼近來(lái)引進(jìn)的一種新的換向器維修材料，是英國(guó)摩根公司開發(fā)的。它是用細(xì)微的研磨料和橡膠用粘合劑壓制成的，是具有柔性的非導(dǎo)電性研磨材料外觀呈咖啡色 在清理?yè)Q向器表面時(shí)，讓電機(jī)以正常速度旋轉(zhuǎn)，操作者可手持柔性磨石以適當(dāng)?shù)牧涸趽Q向器上，并將磨石沿?fù)Q向器長(zhǎng)度方向緩緩的來(lái)回移動(dòng)

14、，直至獲得滿童的效果。 使用柔性磨石進(jìn)行維修作業(yè)，操作簡(jiǎn)單，既不會(huì)破壞換向器氧化膜，又不產(chǎn)生粉塵，而能有效地除去厚的氧化膜以及氧化膜污垢，打磨后換向器表面呈現(xiàn)薄而均勻有光澤的氧化膜。解決了大型直流電機(jī)換向器表面的清掃間題，而且使氧化膜能保護(hù)完好，是一種值得開發(fā)和推廣的換向器維修材料 但由于操作是在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況，換向器和電刷帶電條件下進(jìn)行的，因此，操作時(shí)必須注意安全。 (三)用”換向器清理石”修磨換向器 “換向器清理石”可以用來(lái)修磨換向器燒傷留下的灼痕、輕微的條痕，電刷鍍銅，擠銅后的換向器砂光，也可以清理不正常的氧化膜。 “換向器清理石”又稱“電刷修磨石”，是由疏松，較軟的磨料加粘合劑壓制而成

15、，其外觀和顏色和粉筆很相似，它可以同時(shí)修磨換向器和電刷是由美國(guó)理想公司開發(fā)和生產(chǎn)的。寶鋼引進(jìn)“換向器清理石”后，清理程度可完全由操作人員根據(jù)需要來(lái)掌握短時(shí)間輕度的修磨能清除換向器表面的污垢和減薄氧化3改進(jìn)操作帶電切削換向器1） 車刀對(duì)刀架必須良好絕緣，以避免造成電樞接地、2） 拆去奇數(shù)排刷架。為了便于操作和安裝刀架，對(duì)被切削的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一般為蛙繞組或疊繞組，拆去奇數(shù)排刷架時(shí)，節(jié)削區(qū)兩邊電刷是同極性的，所以在切削區(qū)電樞繞組內(nèi)設(shè)有支路電流。3） 切削必尖一定要在電刷中性位置，這時(shí)能使切削時(shí)被銅屑和刀尖所短路元件內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)為零。4） 斷開（或短路）切削點(diǎn)相鄰換向極與補(bǔ)償繞組，因?yàn)樗⒓懿鹑ズ螅姌?/p>

16、元件內(nèi)支路電流為零，電抗電勢(shì)等于零，所以最好使換向電勢(shì)也等于零。5） 電動(dòng)機(jī)在帶電切削時(shí)，盡量采用弱磁，低電壓動(dòng)行，這樣可以減少節(jié)削區(qū)之外的銅屑火花，并改善主極繞組發(fā)熱。6） 帶電切削的工藝參數(shù)和注意事項(xiàng)，同現(xiàn)場(chǎng)本體切削換向器相同。（七）換向器云母溝下刻和換向倒棱在打磨和切削換向器后，必須進(jìn)行下刻和倒棱，以改善換向器表面的工作狀態(tài)，保持良好地滑動(dòng)接觸，減少電刷磨損和防止片間閃絡(luò)的可能性。1） 云母溝下刻。下刻深度1.52mm，下刻深度太小，易產(chǎn)生云母片突出，下刻深度過大，云母溝中易積存碳粉。云母溝下刻是一項(xiàng)細(xì)致和工作量很大的工作。下刻要求光滑平直，兩邊殘存云母片必須弄凈。云母溝下刻一般用手工操作，下刻工具一個(gè)夾緊鋸條片的帶把工具。2） 換向片倒角。換向片倒角能減少電刷磨損和云母溝積灰，對(duì)于防止換向片銅毛刺和閃絡(luò)的發(fā)生，也是有效的，換向片倒角能常要求是0.5