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直流電動機常見故障分析與維修

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直流電動機常見故障分析與維修

發布日期:2017-12-13 作者: 點擊:

直流電動機的結構

直流電動機雖然結構較復雜,使用與維護較麻煩,價格較貴,但是由于其具有調速性能好,起動轉矩大等優點,因而也獲得了較廣泛的應用。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。


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Z4系列是20世紀80年代開始研制生產的產品,Z2與Z4的內部結構基本上是相同的,即由定子和轉子兩大部分組成。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、前端蓋、后端蓋、電刷裝置等部分。轉子是指電動機中旋轉的部分。主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸、風扇等部分組成。圖2.3所示為直流電動機各主要部件圖。


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直流電動機根據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用過的和現在使用的標記代號。


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。在拆卸前首先應在前端蓋與機座、后端蓋與機座的連接處做好標記,還應在刷架處做好標記,以便于將來的裝配。其拆卸順序為: 

①拆除直流電動機接線盒內的連接線。 

②拆下換向器端蓋(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。

③拆下換向器端蓋的螺栓、軸承蓋螺栓,并取下軸承外蓋。

④拆卸換向器端蓋。 

⑤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,注意不要碰傷電樞繞組、換向器及磁極繞組。 

⑥用紙將換向器包好,并用紗帶扎緊。 

⑦拆下前端蓋上的軸承蓋螺栓,并取下軸承外蓋。 

⑧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。  

電動機保養或修復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。


直流電動機使用前的檢查


①用壓縮空氣或手動吹風機吹凈電動機內部灰塵、電刷粉末等,清除污垢雜物。 

②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0.5MΩ時,應進行烘干處理,測量合格后再將拆除的接線恢復。

③檢查換向器的表面是否光潔,如發現有機械損傷或火花灼痕應進行必要的處理。 

④檢查電刷是否嚴重損壞,刷架的壓力是否適當,刷架的位置是否位于標記的位置。 

⑤根據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,電動機的起動設備是否符合要求,是否完好無損。


直流電動機的使用


①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。 

②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1~2倍)。 

③在電動機起動時就應做好相應的停車準備,一旦出現意外情況時應立即切除電源,并查找故障原因。

④在直流電動機運行時,應觀察電動機轉速是否正常;有無噪聲、振動等;有無冒煙或發出焦臭味等現象,如有應立即停機查找原因。 

⑤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


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⑥串勵電動機在使用時,應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,應注意勵磁回路絕對不允許開路,否則都可能因電動機轉速過高而導致嚴重后果的發生。


直流電動機的維護


應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部。 

直流電動機結構及運行過程中存在的薄弱環節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。


1換向器的維護和保養


換向器表面應保持光潔,不得有機械損傷和火花灼痕。如有輕微灼痕時,可用0號砂紙在低速旋轉的換向器表面仔細研磨。如換向器表面出現嚴重的灼痕或粗糙不平、表面不圓或有局部凸凹等現象時,則應拆下重新進行車削加工。車削完畢后,應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。


2電刷的使用 



電刷與換向器表面應有良好的接觸,正常的電刷壓力約為15~25kPa,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,應留有少量的間隙。


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電刷磨損或碎裂時,應更換牌號、尺寸規格都相同的電刷,新電刷裝配好后應研磨光滑,保證與換向器表面有80%左右的接觸面。



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

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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生在槽口處和槽內底部,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軸一端,若燈泡發亮,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接地,則可用圖所示的毫伏表法進行判定。將6~12V低壓直流電源的兩端分別接到相隔K/2或K/4的兩換向片上(K為換向片數),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值(即毫伏表有讀數),則說明該換向片所連接的繞組元件未接地;相反,若讀數為零,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。


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電樞繞組接地點找出來后,可以根據繞組元件接地的部位,采取適當的修理方法。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,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發生接地,而且電動機又急需使用時,可采用應急處理方法,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使用,但是電流及火花將會有所加大。


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。若只有個別線圈發生短路時,電動機仍能運轉,只是使換向器表面火花變大,電樞繞組發熱嚴重,若不及時發現并加以排除,則最終也將導致電動機燒毀。因此,當電樞繞組出現短路故障時,就必須及時予以排除。

電樞繞組短路故障主要發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: 

①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,當出現較大幅度的振動時,則該槽內的繞組元件存在短路故障。 

②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K/4兩換向片上,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,若發現毫伏表的讀數突然變小,例如,圖中4與5兩換向片間的測試讀數突然變小,則說明與該兩換向片相連的電樞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。電機維修廠



3電樞繞組斷路故障 


這也是直流電動機常見故障之一。

實踐經驗表明,電樞繞組斷路點一般發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現,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,即可發現。 

若斷路點發生在電樞鐵心槽內部,或者不易發現的部位,則可用圖所示的方法來判定。將6~12Ⅴ的直流電源連接到換向器上相距K/2或K/4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,有讀數指示,而且指針發生劇烈跳動。若毫伏表跨接在完好的繞組所連接的兩換向片上時,指針將無讀數指示。

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電樞繞組斷路點若發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,則可以先焊接短線,再進行絕緣處理即可。如果斷路點發生在鐵心槽內,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,也可繼續使用;若斷路點較多,則必須更換電樞繞組。


換向器故障的檢修

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。

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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,即可確定短路發生在換向器內部,一般需要更換新的換向器。

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2換向器接地故障  


接地故障一般發生在前端的云母環上,該環有一部分裸露在外面,由于灰塵、油污和其他雜物的堆積,很容易造成接地故障。當接地故障發生時,這部分的云母環大都已燒損,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l~2層即可。


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。


電刷中性線位置的確定及電刷的研磨

1確定電刷中性線的位置 


常用的是感應法,如圖4.6所示,勵磁繞組通過開關接到l.5~3V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向或逆電動機轉向緩慢移動,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。


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2電刷的研磨 


電刷與換向器表面接觸面積的大小將直接影響到電刷下火花的等級,對新更換的電刷必須進行研磨,以保證其接觸面積在80%以上。研磨電刷的接觸面時,—般采用0號砂布,砂布的寬度等于換向器的長度,砂布應能將整個換向器表面包住,再用橡皮膠布或膠帶將砂布固定在換向器上,如圖4.7所示,將待研磨的電刷放入刷握內,然后按電動機旋轉的方向轉動電樞,即可進行研磨。


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