直流电机维护及常见故障分析.doc

直流电动机工作原理、维护及常见故障分析
阳钢项目部张广初

摘要：本文主要阐述了直流电动机工作原理，直流电动机的使用与维护，直流电动机使用前的检查内容，使用过程中的检查内容，直流电机不能启动，转速不正常、火花过大等常见故障分析

关键词：直流电动机 日常维护 常见故障分析
前言直流电动机有着优越的调速性能及较大的启动转矩是其他的电机是无法比拟，具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，现代的工业生产尤其是调速要求较高的场所应用较为广泛、本文主要是分析了直流电动机的工作原理及根据本人在平常的工作提出维护的小建议
1、 直流电动机工作原理及结构
1．1.、直流电机的工作原理
把电刷A、B接到直流电源上A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab的电流是从a流向b的，在S极范围内的导体cd电流是从c流向d的，因此导体ab和cd都要受到磁场力F的作用根据磁场的方向及导体电流的方向和左手定律ab边受到的力的方向是向左而cd边受力的方向是向右，由于电流是相等的、磁场又是均匀的。所以ab边和cd边受到的磁场力是均匀的，这样线圈就在磁场力的作用下按逆时针的方向转动了当线圈转到磁极的中性面上时，电磁力为零但是由于线圈的惯性继续转动。线圈在转了半圈之后，cd到了N极范围之内，ab边到了S极范围之内，由于电刷和换向器的作用在导体ab和导体cd中的电流方向也相反，是从b流向a，从d流向c。因此电磁力F的方向不变，线圈依然按逆时针的方向在转动，可见，由于分别在N、S极范围内的电流的方向总是不变的，因此线圈两个边的受力的方向总是不变的，这样，线圈就可以按照的受力的方向不停旋转了，通过传动机构还可以带动其他的机械工作、

从以上的分析可以看出，要使线圈按照一定的方向旋转，关键是当导体从一个磁极的范围内到另一个磁极范围内，导体中的电流也要随之改变，换向器和电刷就是完成这个任务的装置。可见换向器和电刷是不可缺少的。
当然在实际的直流电动机中，线圈不止一个而是许多个线圈老固的镶嵌在转子的铁芯槽中，当导体中通过电流在磁场中受力的作用带动整个转子转动，这就是直流电动机最基本的工作原理

2.、直流电动机的使用与维护
2.1直流电动机使用前的检查
2.1.1用手动吹风机吹净内部的灰尘、电刷粉末、污垢和杂物等

2．1.2拆除与电机的一切连接线，用绝缘电阻表测量绕组有机座的绝缘电阻值，若小于0.5兆欧应进行烘干处理，测量合格后将拆除的线恢复。

2.1.3检查整流子表面是不是光洁，如发现机械损伤和烧伤的痕迹应进行必要的处理
2.1.4检查电刷是严重损坏，刷架的压力是不是适当，刷架的位置是不是在标记的位置
2.1.5检查电刷架有换向器之间的距离是否适当，一般为1.5mm。
有一次我们在阳春新钢铁棒材厂更换7#轧机主电机时就没有检查这一点，由于没有检查电刷架有换向器之间的距离是否适当，就导致电刷架将换向器刮坏的恶性事故。
2.1.6检查电机的冷却设备是否完好
2.1.7根据直流电动机的铭牌检查各绕组的接线方式是不是正确。电机的额定电压与实际电压是否相符，电机的启动设备是否满足要求，是否完好无损
2.1.8检查电机主回路端子、励磁回路端子、测温电阻接线端子、风机电机接线端子是否牢固；
2.1.9检查直流电机前后轴承及润滑油脂是否合适

2.2直流电动机的使用
2.2.1直流电动机在直接启动时电流很大，这将对电源及直流电动机本身都有很大的影响，因此除非很小的直流电动机可以直接启动外，一般的直流电动机都要采取降压的措来限制启动电流，
2.2.2直流电动机在采取降压启动时要掌握好启动时间，不能太快也不能太慢，并确保启动电流不能过的（一般为正常电流的1—2倍）
2.2.3在直流电动机启动时就应做好停车准备一旦出现意外情况，马上停机并查找故障原因
2.2.4在直流电动机正常运行时因观察运行是不是正常，声音是否正常震动是不是正常，温度是不是正常，有无冒烟和焦臭味，如有应立即停机并查找原因
2.2.5电机是否发出异常声音，振动。如果有的话要仔细检查发声源的位置（电机本体、背包、前后轴承、编码器等），及引起振动的原因
2.2.6测量电机各个部分的温度是否正常。（表2.2）（电机本体≥70℃、风机电机本体≥65℃、背包≥55℃、前后轴承≥60℃视为异常）

表2.2： 温度等级 A级 E级 B级 F级 H级
最高允许温度（℃） 105 120 130 155 180
绕组温升限值（K） 60 75 80 100 125
性能参考温度（℃） 80 95 100 120 145

2．2.7观察换向器和电刷的火花情况。在额定的负载下工作只允许有1级火花的发生电刷火花等级见下表（表2.1）
表2.1：火花等级
火花等级
电刷下火花的程度
换向器及电刷的状态
1
无火花（黑暗换向
换向器上没有黑痕及电刷上没有灼痕
1
电刷边缘仅小部分（约1/5—1/4刷边长）有断续的几点点状火花
1
电刷边缘大部分（大于1/2刷边长）有连续的较稀的颗粒状火花
换向器上有黑痕，但不发展，用汽油即能擦去，同时在电刷上有轻微灼痕
2
电刷边缘大部分或全部有连续的较密的颗粒状火花，开始有断续的舌状火花
换向器上有黑痕，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕，如短时出现这一级火花，换向器上不出现灼痕，电刷不烧焦或损坏
3
电刷整个边缘有强烈的舌状火花，伴有爆裂声音
换向器上黑痕较严重，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。如在这一等级火花下短时运行，则换向器上将出现灼痕，同时电刷将被烧焦或损坏

2.3直流电动机的维护
应保持电机清洁，应尽量的减少灰尘，雨水，油污和杂物进入电动机内部，直流电动机的结构及运行过程中的薄弱环节是换向器和电刷部分，因此我们在平时的维护中应特别注意
2.3.1换向器的维护和保养
换向器的表面是否光洁，不得有机械损伤和火花灼伤，有轻微的火花灼伤1000目的砂纸轻轻仔细的的研磨，如换向器表面出现严重的灼痕、粗糙不平、表面不圆或有局部的凸凹不平时，应拆下进行重新的车削加工，车削加工完毕后，将片间云母槽中的云母片下刻1mm左右，并清除表面金属粉尘及毛刺等最后用压缩空气吹扫干净，再进行重新装配。
换向器在长期负荷下运行表面会产生黑褐色的薄膜。这层薄膜能够保护表面不受磨损，因此我们应保护好这层薄膜，

2.3.2电刷的使用
电刷应与换向器表面应有良好接触，正常的压力应为15—25kpa，卡簧的压力可用弹簧称称量，刷架和电刷不应太紧密，应留有适当的空间，

电刷磨损严重时或破损时应经进行更换，更换电刷时型号应是一样进行更换，更换的新电刷应与换向器表面结合紧密，保证与换向器接触面有75％。

电机的轴承的正常工作温升应不大于80℃，且有轻微的均匀的运转声音，巡检时如发现温升太高且有不正常杂声时均应及时通知相关专业人员进行检查

3.直流电动机常见的故障及排除
见表3.1
故障现象
可能原因
排除方法

备注
不能启动
1、 电源无电压
2、 励磁回路断开
3、 电刷回路断开
4、 有电源但电机不能转动
1、 检查电源及熔断器
2、 检查励磁绕组及启动器
3、 检查电枢绕组及电刷换向器的表面的接触情况
4、 负载过重、电枢有卡死现像、启动设备不符合要求

转速不正常
转速过高
1、 检查电源电压是否过高
2、 磁场是否过弱，

转速过低
1、 检查电枢绕组是否有短路、断路和接地故障
2、 检查电刷的压力和位置
3、 检查电源电压是否过低和负载是否过重
4、 检查励磁绕组回路是否正常

火花过大
1/电刷不在是中性上
2电刷压力不附、接触不良、电刷磨损过重或型号不对
3、 换向器表面不光滑或云母片突出
4、 电机过载或电源电压过高
5、 电枢绕组或励磁绕组或换向器故障
6、 转子的动平衡未校正好
1、 调整刷杆位置
2、 调整电刷压力研磨电刷与换向器的接触面，更换电刷
3、 研磨换向器表面或下刻云母槽
4、 降低电机负载或电源电压
5、 分别检查原因
6、 校正转子的动平衡

过热或冒烟
1、 电动机长期过载
2、 电源电压过高或过低
3、 电枢、励磁或换向极绕组故障
4、 启动正反转过于频繁
1、 更换较大功率的电动机
2、 调整电源电压
3、 分别检查原因
4、 降低正反转的频率

机座带电
1、 各绕组的绝缘电阻值较低
2、 接线端子与机座向接触
3、 各绕组损坏造成对地断路
1、 烘干重新溱漆
2、 修复接线端子
3、 修复损坏处

3.2直流电动机常见故障的检修
3.2.1电枢绕组接地故障
这是直流电机最常见到的接地故障，电枢绕组接地故障一般发生在槽口处和槽内底部，对其的判断可采用绝缘电阻表法或校验灯法，用绝缘电阻表测量电枢绕组和机座的电阻时，如果电阻值为零说明电枢绕组接地；或者用毫伏表法进行判定，将36V的低压电源接到额定电压为36V的照明灯连接到换向器片上及转轴一端，若灯泡发亮说明绕组接地，具体到那个绕组可用毫伏表进行判定，将6—12V直流电源分别接到相隔M/2或M/4的换向片上（M为换向片的片数），然后用毫伏表一支笔触及电机轴另一支笔触及换向片上，一次测量换向器片与电机轴之间的电压，若毫伏表有度数，说明该换向器所连接绕组元件没有接地，若读数为零，说明该换向器所连接绕组元件接地，最后是绕组元件接地还是换向器接地，还要把绕组和换向器分开来进行一一判定，
表3.2

毫伏表法
电枢绕组接地点找出来以后，可以根据绕组元件接地部位，采取适当的处理方法，若接地点在绕组元件和换向器的连接部位或者在电枢铁芯槽口处接地，只需要进行绝缘处理就可以了，若接地点在铁芯槽内部，一般需要更换电枢，若是只有一个电枢而又在急用的情况下，可采用紧急处理方法：就是用短接片将两换向器之间的接地点短接，此时的电机可以继续使用，但是电流和火花都增大。

3.2换向器故障检修
换向器最常见的故障就片间短路故障，如发现是换向器片间短路时，可仔细观察短路换向片的表面状况，一般是电刷碳粉在槽口断路和灼伤所致，
检修时用拉槽工具将换向器槽中的碳粉清楚即可，若用上述方法不能消除片间短路，故障点就是发生在换向器内部，这时要更换新的换向器。
如果一台直流电机长期使用一定要经常检查换向器表面是不是平整，如发现不平整要及时的打磨平整，
事故案例：我2008年8月在日照项目部的时候，日钢照钢铁高速线材厂2#生产线5#轧机电刷卡簧几乎每天都有断的，最后发现是换向器被电刷磨出几道近0.5mm的沟槽出来，电刷正好恰在沟槽里，加上电机运转时的轴向串动，导致卡簧断裂。

3.2.2换向器接地故障
接地故障一般前端的云母环上，该环有一部分裸露在外面，由于灰尘，油污和其他的杂物的堆积，很容易造成接地故障，当故障发生时这部分的云母环大部分已烧毁，查找起来比较容易，修理时只需要击穿烧坏处的杂物清理干净，并用胶漆和云母材料填补烧坏之处，再用可塑云母板覆盖1-2层即可，
3.2.3云母突出
由于换向器上换向片磨损比云母磨损的要快，所以直流电动机在较长一段时间使用后有可能造成云母突起，在修理时只需拉槽工具将突起的云母刮削至比换向器上的换向片低1mm即可。

4电刷中性线位置的确定及电刷的研磨
4.1电刷中性线位置的确定
常用的是感应法如图4.1所示，将励磁绕组通过开关接到1.5-3V的直流电源上，毫伏表连接到相邻的两组电刷架上（电刷与换向器接触要好）当断开或闭合开关时，毫伏表的指针会左右摆动，这时将电刷架顺着电机的转向或反方向缓慢移动，直至指针几乎不动为止，时的位置就是中性线的位置，
表4.1
4.2电刷的研磨
电刷与换向器表面的接触面积大小将直接影响到点刷下火花的大小，对新更换的电刷必行研磨，以保证电刷与换向器的接触面在75％以上，
研磨电刷时一般用零号纱布，纱布 的宽度等于换向器的长度，纱布能将整个换向器包住，再用胶带将纱布固定在换向器上，再将电刷放入刷窝内，然后按电机旋转的方向转动电机即
表4.2
可进行研磨。
1—换向器 2—电刷 3—砂布头部 4—砂布 5-胶带

5、结束语：
随着科学技术的不断发展。电动机及其控制设备的性能也日益完善，在实际的工作中如何使用和掌握其性能还需我们在实际的工作中不断的积累经验，判断电动机及其控制设备存在的问题与故障处理，找出故障的原因并加以分析，及时采取对策，确保电机及控制设备正常运行，

6、参考文献
1、直流电动机实际应技巧 谷腰欣司  科学出版社 (2006-08出版)
2、大电机水轮机标准汇编:铸锻件卷 哈尔滨大电机研究所 中国标准出版社 (2006-11出版)

7、谢词：本文在在写作过程中得到了检修公司高级技师王正明和检修公司阳钢项目部经理黄晓照的大力支持和帮助，我在此一并表示感谢。
- 8 -