直流電機故障與維修

1、 直流機故障分析維修 1.引言電動機在人們的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用，給人們的生活帶來了極大的便利。直流電動機雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用與維護較麻煩，價格較貴，但是由于其具有調(diào)速性能好，起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點, 本文分析了電動機的結(jié)構(gòu)、工作原理以及在工作中的常見故障，并給出了一些日常維護的方法。 2.直流電動機的原理、結(jié)構(gòu)與拆裝2.1直流電動機的工作原理當把直流電動機的電刷A、B接到直流電源上時，從圖2.1可以看出，電刷A是正電位，B是負電位，在N極范圍內(nèi)的導(dǎo)體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體cd中的電流是從c流向d。前面已經(jīng)說過，載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，因此，ab和cd兩導(dǎo)體

2、都要受到電磁力Fde的作用。根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動機左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左，而cd邊則是向右。由于磁場是均勻的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以，ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針方向轉(zhuǎn)動了。當線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半州之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd邊轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是，由于換向片和電刷的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流則是從b流向a。因此，電磁力Fdc的方向仍

3、然不變，線圈仍然受力按逆時針方向轉(zhuǎn)動?？梢姡謩e處在N、S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的，因此，線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣，線圈就可以按照受力方向不停的旋轉(zhuǎn)了，通過齒輪或皮帶等機構(gòu)的傳動，便可以帶動其它工作機械。 圖2.1從以上的分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問題是當導(dǎo)體從一個磁極范圍內(nèi)轉(zhuǎn)到另一個異性磁極范圍內(nèi)時（也就是導(dǎo)體經(jīng)過中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時改變。換向器和電刷就是完成這個任務(wù)的裝置。在直流發(fā)電機中，換向器和電刷的任務(wù)是把線圈中的交流電變?yōu)橹绷麟娤蛲廨敵?；而在直流電動機中，則用換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電。可見，換向器和電刷是直流

4、電機中不可缺少的關(guān)鍵性部件。 當然，在實際的直流電動機中，也不只有一個線圈，而是有許多個線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當導(dǎo)體中通過電流、在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動，就帶動整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的基本工作原理。 2.2直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用與維護較麻煩，價格較貴，但是由于其具有調(diào)速性能好，起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，因而也獲得了較廣泛的應(yīng)用。目前使用的直流電動機主要有Z2和Z4兩種系列，其外形如圖2.2所示。 圖2.2Z4系列是20世紀80年代開始研制生產(chǎn)的產(chǎn)品，Z2與Z4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上是相同的，即由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子是指電動機中靜止不動的部分，包括機座、圭磁極、換向極

5、、前端蓋、后端蓋、電刷裝置等部分。轉(zhuǎn)子是指電動機中旋轉(zhuǎn)的部分。主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風扇等部分組成。圖2.3所示為直流電動機各主要部件圖。圖2.3l一前端蓋 2一風扇 3一機座 4一后端蓋 5一電刷裝置 6一轉(zhuǎn)子直流電動機根據(jù)勵磁繞組接線方式的不同，可分為他勵電動機、串勵電動機、并勵電動機和復(fù)勵電動機等多種。在使用及檢修直流電動機時，必須分清各繞組線端的標記，以便于相互連接和與外電路連接，表2.1給出了直流電動機各繞組線端曾經(jīng)用過的和現(xiàn)在使用的標記代號。表2.1 繞組名稱1965年19651980年1980以后始端未端始端末端始端末端電樞繞組S1S2S1S2A1A2換向繞組H

6、1H2H1H2B1B2串勵繞組C1C2C1C2D1D2并勵繞組F1F2B1B2E1E2他勵繞組w1W2T1T2F1F2補償繞組B1B2BC1BC2C1C22.3直流電動機的拆裝以常用的Z系列直流電動機為例進行介紹。在拆卸前首先應(yīng)在前端蓋與機座、后端蓋與機座的連接處做好標記，還應(yīng)在刷架處做好標記，以便于將來的裝配。其拆卸順序為：拆除直流電動機接線盒內(nèi)的連接線。拆下?lián)Q向器端蓋（后端蓋）上通風窗螺栓，打開通風窗，從刷握中取出電刷，拆除刷桿上的連接線。拆下?lián)Q向器端蓋的螺栓、軸承蓋螺栓，并取下軸承外蓋。拆卸換向器端蓋。拆下軸伸出端端蓋（前端蓋）上的螺栓，把電樞連同端蓋從定子中小心地抽出來，注意不要碰傷電

7、樞繞組、換向器及磁極繞組。用紙將換向器包好，并用紗帶扎緊。拆下前端蓋上的軸承蓋螺栓，并取下軸承外蓋。將電樞連同前端蓋一起放置在木架上或木板上，并用紙或布包好。電動機保養(yǎng)或修復(fù)后的裝配順序與拆卸順序相反，并按所做標記矯正電刷的位置。3直流電動機的正確使用與維護3.1直流電動機使用前的檢查用壓縮空氣或手動吹風機吹凈電動機內(nèi)部灰塵、電刷粉末等，清除污垢雜物。拆除與電動機連接的一切接線，用絕緣電阻表測量繞組對機座的絕緣電阻。若小于05M時，應(yīng)進行烘干處理，測量合格后再將拆除的接線恢復(fù)。檢查換向器的表面是否光潔，如發(fā)現(xiàn)有機械損傷或火花灼痕應(yīng)進行必要的處理。檢查電刷是否嚴重損壞，刷架的壓力是否適當，刷架的

8、位置是否位于標記的位置。根據(jù)電動機銘牌檢查直流電動機各繞組之間的接線方式是否正確，電動機額定電壓與電源電壓是否相符，電動機的起動設(shè)備是否符合要求，是否完好無損。3.2直流電動機的使用直流電動機在直接起動時因起動電流很大，這將對電源及電動機本身帶來極大的影響。因此，除功率很小的直流電動機可以直接起動外，一般的直流電動機都要采取減壓措施來限制起動電流。當直流電動機采用減壓起動時，要掌握好起動過程所需的時間，不能起動過快，也不能過慢，并確保起動電流不能過大（一般為額定電流的12倍）。在電動機起動時就應(yīng)做好相應(yīng)的停車準備，一旦出現(xiàn)意外情況時應(yīng)立即切除電源，并查找故障原因。在直流電動機運行時，應(yīng)觀察電動

9、機轉(zhuǎn)速是否正常；有無噪聲、振動等；有無冒煙或發(fā)出焦臭味等現(xiàn)象，如有應(yīng)立即停機查找原因。注意觀察直流電動機運行時電刷與換向器表面的火花情況。在額定負載工況下，一般直流電動機只允許有不超過1 1/2級的火花。電刷下火花的等級，見表3.1 表3.1火花等級電刷下火花程度換向器及電刷的狀態(tài)允許運行方式L無火花換向器上沒有黑痕；電刷上沒有灼痕允許長期連續(xù)運竹1 1/4電刷邊緣僅小部分有微弱的點狀火花或有非放電性的紅色小火花1 1/2電刷邊緣大部分或全部有輕微的火花換向器上有黑痕出現(xiàn)，用汽油可以擦除；在電刷上有輕微灼痕2電刷邊緣大部分或全部有較強烈的火花換向器上有黑痕出現(xiàn)，用汽油不能擦除；電刷上有灼痕。短

10、時出現(xiàn)這一級火花，換向器上不出現(xiàn)灼痕，電刷不致燒焦或損壞僅在短時過裁或有沖擊負載時允許出現(xiàn)3電刷的整個邊緣有強烈的火花，即環(huán)火，同時有大火花飛出換向器上有黑痕且相當嚴重；用汽油不能擦除；電刷上有灼痕。如在這一級火花短時運行，則換向器上將出現(xiàn)灼痕，電刷將被燒焦或損壞僅在直接起動或逆轉(zhuǎn)的瞬間允許出現(xiàn)但不得損壞換向器及電刷串勵電動機在使用時，應(yīng)注意不允許空載起動，不允許用帶輪或鏈條傳動；并勵或他勵電動機在使用時，應(yīng)注意勵磁回路絕對不允許開路，否則都可能因電動機轉(zhuǎn)速過高而導(dǎo)致嚴重后果的發(fā)生。3.3直流電動機的維護應(yīng)保持直流電動機的清潔，盡量防止灰沙、雨水、油污、雜物等進入電動機內(nèi)部。直流電動機結(jié)構(gòu)及運

11、行過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)是電刷與換向器部分，因此必須特別注意對它們的維護和保養(yǎng)。3.3.1換向器的維護和保養(yǎng) 換向器表面應(yīng)保持光潔，不得有機械損傷和火花灼痕。如有輕微灼痕時，可用0號砂紙在低速旋轉(zhuǎn)的換向器表面仔細研磨。如換向器表面出現(xiàn)嚴重的灼痕或粗糙不平、表面不圓或有局部凸凹等現(xiàn)象時，則應(yīng)拆下重新進行車削加工。車削完畢后，應(yīng)將片間云母槽中的云母片下刻lmm左右，并清除換向器表面的金屬屑及毛刺等，最后用壓縮空氣將整個電樞表面吹掃干凈，再進行裝配。換向器在負載作用下長期運行后，表面會產(chǎn)生一層堅硬的深褐色薄膜，這層薄膜能夠保護換向器表面不受磨損，因此要保護好這層薄膜。3.3.2電刷的使用 電刷與換向器

12、表面應(yīng)有良好的接觸，正常的電刷壓力約為1525kPa，可用彈簧秤進行測量，如圖3.1所示。電刷與刷盒的配合不宜過緊，應(yīng)留有少量的間隙。圖3.1電刷磨損或碎裂時，應(yīng)更換牌號、尺寸規(guī)格都相同的電刷，新電刷裝配好后應(yīng)研磨光滑，保證與換向器表面有80左右的接觸面。4直流電動機的常見故障及檢修4.1直流電動機的常見故障及排除 直流電動機的常見故障及排除見表4.1 表4.1故障現(xiàn)象可能原因排除方法不能起動電源無電壓勵磁回路斷卉電刷回路斷開有電源但電動機不能轉(zhuǎn)動檢查電源及熔斷器檢查勵磁繞組及起動器檢查電樞繞組及電刷換向器接觸情況負載過重或電樞被卡死或起動設(shè)備不合要求，應(yīng)分別進行檢查轉(zhuǎn)速不正常轉(zhuǎn)速過高轉(zhuǎn)速過低

13、檢查電源電壓是否過高！主磁場是否過弱，電動機負載是否過輕檢查電樞繞組是否有斷路、短路、接地等故障；檢查電刷壓力及電刷位置；檢查電源電壓是否過低及負載是否過重；檢查勵磁繞組回路是否正常電刷火花過大電刷不在中性線上電刷壓力不當或與換向器接觸不良或電刷磨損或電刷牌號不對換向器表面不光滑或云母片凸出電動機過載或電源電壓過高電樞繞組或磁極繞組或換向極繞組故障轉(zhuǎn)子動平衡未校正好調(diào)整刷桿位置調(diào)整電刷壓力、研磨電刷與換向器接觸面、淘換電刷研磨換向器表面、下刻云母槽降低電動機負載及電源電壓分別檢查原因重新校正轉(zhuǎn)子動平衡過熱或冒煙電動機長期過載電源電壓過高或過低電樞、磁極、換向極繞組故障起動或正、反轉(zhuǎn)過于頻繁更換

14、功率較大的電動機檢查電源電壓分別檢查原因避免不必要的正、反轉(zhuǎn)機座帶電各繞組絕緣電阻太低出線端與機座相接觸各繞組絕緣損壞造成對地短路烘干或重新浸漆修復(fù)出線端絕緣修復(fù)絕緣損壞處4.2直流電動機最常見故障的檢修4.2.1電樞繞組接地故障 這是直流電動機繞組最常見的故障。電樞繞組接地故障一般常發(fā)生在槽口處和槽內(nèi)底部，對其的判定可采用絕緣電阻表法或校驗燈法，用絕緣電阻表測量電樞繞組對機座的絕緣電阻時，如阻值為零則說明電樞繞組接地；或者用圖所示的毫伏表法進行判定，將36V低壓電源通過額定電壓為36V的低壓照明燈后，連接到換向器片上及轉(zhuǎn)軸一端，若燈泡發(fā)亮，則說明電樞繞組存在接地故障。具體到是哪個糟的繞組元件

15、接地，則可用圖所示的毫伏表法進行判定。將612V低壓直流電源的兩端分別接到相隔K2或K4的兩換向片上（K為換向片數(shù)），然后用毫伏表的一支表筆觸及電動機軸，另一支表筆觸在換向片上，依次測量每個換向片與電動機軸之間的電壓值。若被測換向片與電動機軸之間有一定電壓數(shù)值（即毫伏表有讀數(shù)），則說明該換向片所連接的繞組元件未接地；相反，若讀數(shù)為零，則說明該換向片所連接的繞組元件接地。最后，還要判明究竟是繞組元件接地還是與之相連接的換向片接地，還應(yīng)將該繞組元件的端都從換向片上取下來，再分別測試加以確定。 圖4.1a）校驗燈法 b）毫伏表法電樞繞組接地點找出來后，可以根據(jù)繞組元件接地的部位，采取適當?shù)男蘩矸椒ā?/p>

16、若接地點在元件引出線與換向片連接的部位，或者在電樞鐵心槽的外部槽口處，則只需在接地部位的導(dǎo)線與鐵心之間重新進行絕緣處理就可以了。若接地點在鐵心槽內(nèi)，一般需要更換電樞繞組。如果只有一個繞組元件在鐵心槽內(nèi)發(fā)生接地，而且電動機又急需使用時，可采用應(yīng)急處理方法，即將該元件所連接的兩換向片之間用短接線將該接地元件短接，此時電動機仍可繼續(xù)使用，但是電流及火花將會有所加大。4.2.2電樞繞組短路故障 若電樞繞組嚴重短路，會將電動機燒壞。若只有個別線圈發(fā)生短路時，電動機仍能運轉(zhuǎn)，只是使換向器表面火花變大，電樞繞組發(fā)熱嚴重，若不及時發(fā)現(xiàn)并加以排除，則最終也將導(dǎo)致電動機燒毀。因此，當電樞繞組出現(xiàn)短路故障時，就必須

17、及時予以排除。電樞繞組短路故障主要發(fā)生在同槽繞組元件的匝間短路及上下層繞組元件之間的短路，查找短路的常用方法有：短路測試器法 與前面查找三相異步電動機定子繞組匝問短路的方法一樣，將短路測試器接通交流電源后，置于電樞鐵心的某一槽上，將斷鋸條在其他各槽口上面平行移動，當出現(xiàn)較大幅度的振動時，則該槽內(nèi)的繞組元件存在短路故障。毫伏表法 如圖所示，將6.3V交流電壓（用直流電壓也可以）加在相隔K/2或K4兩換向片上，用毫伏表的兩支表筆依次接觸到換向器的相鄰兩換向片上，檢測換向器的片間電壓。在檢測過程中，若發(fā)現(xiàn)毫伏表的讀數(shù)突然變小，例如，圖中4與5兩換向片間的測試讀數(shù)突然變小，則說明與該兩換向片相連的電樞

18、繞組元件有匝問短路。若在檢測過程中，各換向片問電壓相等，則說明沒有短路故障。電樞繞組短路故障可按不同情況分別加以處理，若繞組只有個別地方短路，且短路點較為明顯，則可將短路導(dǎo)線拆開后在其間墊入絕緣材料并涂以絕緣漆，待烘干后即可使用。若短路點難以找到，而電動機又急需使用時，則可用前面所述的短接法將短路元件所連接的兩換向片短接即可。如短路故障較嚴重，則需局部或全部更換電樞繞組。圖4.24.2.3電樞繞組斷路故障這也是直流電動機常見故障之一。實踐經(jīng)驗表明，電樞繞組斷路點一般發(fā)生在繞組元件引出線與換向片的焊接處。造成的原因有：一是焊接質(zhì)量不好，二是電動機過載、電流過大造成脫焊。這種斷路點一般較容易發(fā)現(xiàn)，

19、只要仔細觀察換向器升高片處的焊點情況，再用螺釘旋具或鑷子撥動各焊接點，即可發(fā)現(xiàn)。若斷路點發(fā)生在電樞鐵心槽內(nèi)部，或者不易發(fā)現(xiàn)的部位，則可用圖所示的方法來判定。將612的直流電源連接到換向器上相距K2或K4的兩換向片上，用筆伏表測量各相鄰兩換向片間的電壓，并逐步依次進行測E。有斷路的繞組所連接的兩換向片（如圖中的4、5兩換向片）被毫伏表跨按時，有讀數(shù)指示，而且指針發(fā)生劇烈跳動。若毫伏表跨接在完好的繞組所連接的兩換向片上時，指針將無讀數(shù)指示。圖4.3電樞繞組斷路點若發(fā)生在繞組元件與換向片的焊接處，只要重新焊接好即可使用。若斷路點不在槽內(nèi)，則可以先焊接短線，再進行絕緣處理即可。如果斷路點發(fā)生在鐵心槽內(nèi)

20、，且斷路點只有一處，則將該繞組元件所連接的兩換向片短接后，也可繼續(xù)使用；若斷路點較多，則必須更換電樞繞組。4.3 換向器故障的檢修4.3.1片間短路故障 按下圖所示方法進行檢測，如判定為換向器片間短路時，可先仔細觀察發(fā)生短路的換向片表面的具體狀況，一般均是由于電刷炭粉在槽口將換向片短路或是由于火花燒灼所致。圖4.4可用圖所示的拉槽工具刮去造成片問短路的金屬屑末及電刷粉末即可。若用上述方法仍不能消除片間短路，即可確定短路發(fā)生在換向器內(nèi)部，一般需要更換新的換向器。圖4.54.3.2換向器接地故障 接地故障一般發(fā)生在前端的云母環(huán)上，該環(huán)有一部分裸露在外面，由于灰塵、油污和其他雜物的堆積，很容易造成接

21、地故障。當接地故障發(fā)生時，這部分的云母環(huán)大都已燒損，而且查找起來也比較容易。修理時，一般只要把擊穿燒壞處的污物清除干凈，并用蟲膠漆和云母材料填補燒壞之處，再用可塑云母板覆蓋l2層即可。4.3.3云母片凸出 由于換向器上換向片的磨損比云母片要快，因此直流電動機使用較長一段時間后，有可能出現(xiàn)云母片凸起。在對其進行修理時，可用拉槽工具，把凸出的云母片刮削到比換向片約低lmm即可。4.4 電刷中性線位置的確定及電刷的研磨4.4.1確定電刷中性線的位置 常用的是感應(yīng)法，如圖4.6所示，勵磁繞組通過開關(guān)接到l.53V的直流電源上，毫伏表連接到相鄰兩組電刷上（電刷與換向器的接觸一定要良好）。當斷開或閉合開關(guān)時（即交替接通和斷開勵磁繞組的電流），毫伏表的指針會左右擺動，這時將電刷架順電動機轉(zhuǎn)向或逆電動機轉(zhuǎn)向緩慢移動，直到毫伏表指針幾乎不動為止，此時刷架的位置就是中性線所在的位置。圖4.64.4.2電刷的研磨 電刷與換向器表面接觸