對航空直流電機故障原因的分析探討

姜海仁

摘 要：電機故障是機械應用中常遇到的問題，其中引發電機運行故障的主要因素便是線路接觸不良，但是除此之外，電機本身問題也會引發運行故障，發電機產生電勢因而無法發電、電刷過度磨損或者其下出現過大的火花、電動機不運轉以及絕緣不良和轉動聲音不正常等。文章主要針對航空直流電機在應用過程中所遇到的一些故障進行了分析，并針對故障原因進行了論述，以期能夠為維修人員對故障的排查提供一些依據。

關鍵詞：航空；直流電機；故障分析

1 發電機故障

飛機上發電機具有重要的意義，若發電機不供電時，就會亮起相應的故障信號燈，告知維修人員發電機故障。而航空發電機出現問題的主要原因是：

1.1 發電機剩磁消失，造成這一現象的主要原因是由于停放時間過長、發電機過熱以及設備振動。

1.2 發電機勵磁繞連接方向錯誤或者發電機轉動方向錯誤。必須予以重視的是，這種情況下剩磁并不會完全消失，所以發電機仍舊存在電勢，但是由于故障因素，剩磁電勢會相對較小。

1.3 由于彈性軸折斷，因而發電機無法正常運轉。

1.4 由于勵磁電路發生短路或者電路中的電阻值過大，也會造成發電機故障，電機無法運轉。而導致這一現象的原因多為轉換器同電刷之間的接觸不良導致，而勵磁繞組若發生接觸不良也會引發這一故障。如果接觸不良沒有導致斷路而是令電路中電阻值升高，那么發電機中的電勢就會相對降低。

1.5 發電機由于自身以及外界等因素被燒壞。造成該種故障的原因主要有以下幾種：電極短路、電壓過高以及正電刷固定螺釘同通風罩碰撞、通風管安裝誤差以及通風管被堵塞導致。

2 電刷出現火花

在電機工作時，由于各種原因，電刷必然會由于設備運轉而產生火花，依照火花的性質可以將其分為兩種，即機械性火花和點磁性火花。下面分別對上述兩種火花產生的原因及影響因素進行說明。

2.1 電磁性火花

2.1.1 電刷與換向器表面接觸情況影響電機換向時，換向元件內的短路電流，是電磁性火花產生的主要原因。電刷與換向器的接觸是滑動接觸，中間存在著一層交界膜，交界膜的結構。換向片的表面上由于電化學反應的作用帶有一層氧化亞銅，氧化亞銅上覆蓋著一層石墨薄膜，石墨薄膜是電刷與換向器摩擦時產生的，它吸收了空氣中的氧氣和水蒸氣，在電刷與換向器接觸面間的空隙處，則為炭粉微粒所充滿。氧化亞銅薄膜的特點是電阻系數較大，所以在換向過程中，它使換向器與電刷之間的接觸電阻增加，能夠減小換向元件內的短路電流，對換向有利。當然，由于電刷的接觸增加，電刷與換向器之間的壓降會增大，但沒有多大的妨礙。

2.1.2 電刷安裝位置

在電機中鼓形電樞磁極上即幾何中性線上通常都會安裝電刷，若是電刷發生機械碰撞或者裝配不良，那么就無法保證電刷的位置能夠保持，就極易增加換向元件中的電勢，因而造成巨大的短路電流，在換向時就極易出現火花。

2.1.3 電樞繞組故障

電樞的繞組發生的故障主要有三種，短路、斷路以及搭鐵。其中一些功率較小的電機中經常會發生電樞繞組斷路現象，并且斷路的位置大多在換向片同繞組的焊接部位。由于換向器的溫度升高以此造成焊錫融化或者焊接部位焊接不良，都會導致電機電樞發生斷路故障。

2.2 機械性火花

機械性火花是由于電機的機械方面的原因所造成。主要是電刷與換向器接觸不良，在電機旋轉（特別是高速旋轉）時，由于震動使電刷和換向器時通時斷引起火花。具體原因主要有以下幾點。屬于電刷方面的有：（1）電刷彈簧壓力不足，使電刷與換向器接觸不良，引起火花增大；（2）電刷高度不夠，使彈簧作用在電刷上的壓力減小，甚至不能壓在電刷上，因此，電刷不能與換向器保持良好的接觸，使火花變大；（3）電刷與換向器的接觸面積減小，如電刷缺角、掉塊、裝錯、燒殘等，使火花變大；（4）刷握變形，一種是刷握變小，將電刷卡死，電刷不能在刷握內靈活地上、下運動，使電刷與換向器接觸不良；一種是刷握變大，電刷在刷握內晃動，也使電刷與換向器接觸不好，從而使火花變大；（5）油垢附在電刷表面，油垢浸入了電刷不僅會改變電刷的工作性能，而且粘附于電刷和刷握表面的油垢會阻礙電刷的靈活移動，引起火花增大。

3 電刷磨損過快

電刷是由石墨、銅、鉛和錫等制成，航空電刷還經過某些特殊處置，如將電刷放在石蠟浸漬，以增加其耐磨性；在電刷中加入碘化鉛等物質，使之在高空工作時促進氧化亞銅薄膜的形成。電刷磨損過快的原因主要有：（1）換向器需要保證清潔，而不光潔的換向器即，在換向器上有溝槽以及毛刺，就會加劇換向器同電刷之間的摩擦，另外換向器由于燒傷而產生的斑痕也會導致摩擦加劇；（2）另外電刷受到汽油以及煤油的污染，可以令潤滑油發生分離，從而造成潤滑劑的析出，這種現象就會使得電機在運行過程中，電刷的磨損加劇；（3）電機在運行過程中，若電機發生過載以及短路時，設備就會發生損壞，例如換向器發生損壞或者電刷受到高溫因而發生損壞，這種損壞會使潤滑劑遭到破壞，電刷的磨損便會加速；（4）電樞在運轉時會發生振動，有時則會發橫偏擺，這是電機在運行過程中常有的現象。若電刷同換向器在運行過程中接觸不良，那么就會產生電弧，如果接觸點狀態十分糟糕，則會產生火花，因而電刷的磨損會隨之而加劇；（5）電刷彈簧壓力過大，電刷在換向器上的機械磨損增加；彈簧壓力過小，電刷與換向器接觸不良，會產生火花，使電刷的電磨損增加。

4 消耗電流超出電機的額定電流

在電動機運行過程中，其額定消耗應當符合其規定值。其內部電流增大因素主要包括以下幾種：（1）軸承零件在使用過程中會發生損壞，而軸承零件的損壞則會導致設備損壞，設備狀態會對電流量的大小有所影響，設備的損耗增加，電流則會增大；（2）電動機裝配不良，那么電樞殼體的前罩就會同其他部位配合相對較為緊湊，電樞無軸向間隙或間隙過小等，也會使電機的摩擦增大，負載增加，造成電流過大；（3）電刷彈簧是設備中重要的部件，電刷彈簧若設置壓力不當，尤其是超過規定值過多，那么就會令電動機的負載增大，而設備的負載增加，設備運轉所需要的電流就必然隨之增大；（4）電樞繞組有短路，換向片間有短路，或勵磁線圈有搭鐵的故障。電動機的消耗電流過大，將隨著產生溫升過高的現象，因此，也可能使電機的絕緣燒壞，造成更嚴重的故障，故需注意檢查。

5 結束語

通過對電機主要故障進行分析，可以看出其故障因素之間相互關聯，即故障和故障之間具有聯系。如：換向器同電刷之間若出現接觸不良，那么點刷下便會出現火花，而火花又會使得電刷磨損加劇，因磨損而掉下的炭粉又會影響電機內的絕緣體，導致絕緣不良。而這種絕緣不良現象，在電機運行過程中會直接影響設備的狀態，并且各類故障產生的原因都較為復雜，一種故障的發生可能會引發另一種故障的產生。因此可以說任何故障的產生都并非是獨立的，需要進行綜合性的研究，看到故障之間的相互影響關系，并以此入手排除故障。

參考文獻

[1]劉曼蘭，于海芳，崔淑梅.一種永磁直流電機故障診斷方法[J].電工技術學報，2007（10）.

[2]許小戈.直流電動機的工作原理及常見故障分析[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2012.

[3]何興華.關于容式電壓互感器在電力系統中常見故障和解決[J].黑龍江科技信息，2010（30）.