直流電機換向故障分析與檢查

王增艷　尚躍生

摘 要：直流電機這種設備具有復雜的結構，在整個設備中需要消耗大量的有色金屬，所以不僅生產成本高昂，同時維護起來也相當復雜。但是這種設備調速性能良好，加之起動轉矩和過載能力較強，所以在很多電力機械當中的應用都是非常廣泛的。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換為交變電流，也是查看整個機械設備是否存在故障的重要途徑。本文針對直流電機內的換向器故障情況進行了分析和探討，并且總結了一些可行的維修維護對策，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

關鍵詞：換向器；換向故障；解決方案；維護

直流電機啟動轉矩較大，同時起動、制動以及調速性能都非常出色，調速曲線平滑，可以任意改變轉向，加之成本低廉，得到了很多人的認可。但與此同時。這種設備也存在著較為明顯的缺陷，例如對外界環境要求較為嚴格、維修難度較高等等。但是對于電機的故障而言，換向器故障占據了絕大多數，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構和工作原理

1.1 直流電機的結構分析

直流電機可以分為兩大部分，分別是定子和轉子。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，而轉子則是電機內的轉動部位，也可以稱為電樞，其包括了換向器、風扇以及電樞繞組、鐵心。

1.2 換向器的結構以及工作原理

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百片梯形斷面的特制銅片和硬質云母片用鋼制壓圈緊固而成，在制造時經過反復的冷壓、熱壓和動壓形成等過程。換向片通過升高片與轉子線圈相連，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，換向器通過金屬軸與轉子軸壓接。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值換至另一數值。

2 常見故障分析

2.1 電磁故障問題

電磁出現故障導致換向器無法正常工作，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）過電流導致產生換向火花

如果過載強度過高，那么就很可能出現火花，如果燒傷換向片，就會導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：針對相應的工藝參數進行調整，減少電機工作中產生的電流，在達到一定水平之后進行車削。

（2）碳刷的中心線出現了偏移，導致換向器換向功能阻礙。這種情況一般是在使用過程出現，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，轉動電機刷盤方式更換，復位不準所至，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）換向器變形導致換向不良

換向器整體變形的情況，由圓型變為了橢圓型，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量差所致，電機承受轉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，調刷握，清潔或者打磨表面，清理槽間灰塵及金屬粉沫等技術措施，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，如果發現油污，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備，發現溫度異常立即停機檢修。

3.2 設備的打磨

換向器一旦出現了故障，就會直接導致換向器表面狀態的不斷惡化，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，要保證電機設備在額定轉速20%的運行狀態下打磨；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

當換向器表面出現嚴重燒傷或溝槽，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。倒角應光滑無毛刺；（5）用砂紙把換向器表面略加打光，清理結束后，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，其值應基本相等；（7）為了建立起初步的氧化膜，應先在低負載或接近滿負載電流下穩定運行數小時至幾十小時。

4 結束語

在整個直流電機當中，換向器作為一個重要結構需要我們進行重點養護，同時這也是最容易出現問題的部位，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，我們也要重視經驗的積累總結，及時發現問題才能及時處理，保證設備的正常運行，讓其發揮應有的效用。本文針對直流電機內的換向器故障情況進行了分析和探討，并且總結了一些可行的維修維護對策，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

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