摘 要：直流電動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)控制中經(jīng)常遇到換向器打火故障，如果產(chǎn)生了強(qiáng)烈的火花，不僅嚴(yán)重影響直流電動(dòng)機(jī)的正常工作，還會(huì)直接燒毀電刷和換向器甚至電樞繞組，危及直流電動(dòng)機(jī)的安全，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，掌握換向器打火的原因、分析及維護(hù)方法已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)維修技術(shù)人員的必備技能之一，也為礦井的安全、高效生產(chǎn)提供有力的保障。

關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī) 換向器 方法

1 前言

掌握換向器打火故障的原理，認(rèn)真分析刷火過(guò)大的原因，研究預(yù)防措施，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

2、直流電動(dòng)機(jī)原理：

直流電動(dòng)機(jī)是依據(jù)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的原理而工作的。在兩個(gè)N、S磁極中間裝有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的線圈（abcd），線圈的首尾（a、d）（A、B）相連，電源的“+”、“-”極分別接在與換向片滑動(dòng)接觸的電刷上。當(dāng)電源接通時(shí)，電流通過(guò)線圈由“+”→A、a、b、c、d→B“-”構(gòu)成回路，則線圈的工作邊“ab”和“cd”在N、S極磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生兩個(gè)大小相等方向相反的力，形成了以“O”軸為中心 的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)力矩（可利用左手定則判斷轉(zhuǎn)子線圈受力方向），于是線圈就按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈工作邊旋轉(zhuǎn)90度至N、S磁極的中性面時(shí)，電刷與換向片絕緣物接觸，線圈內(nèi)無(wú)電流通過(guò)，于是兩個(gè)工作邊不再產(chǎn)生作用力，但由于慣性的作用，線圈仍然旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電與換向片接觸時(shí)，線圈回路閉合有電流通過(guò)，電流從B端進(jìn)入A端流出。此時(shí)，ab工作邊位于S極處，cd工作邊位于N極處其受力方向與初始情況相同，線圈就這樣旋轉(zhuǎn)起來(lái)。直流電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。

3、換向器火花故障分析

直流電動(dòng)機(jī)換向器打火可分為機(jī)械和電磁（電樞繞組、定子繞組及電源等） 兩方面原因。機(jī)械方面包括換向器和碳刷的形狀、相對(duì)位置、接觸不良、碳刷型號(hào)不同等。電磁方面，直流電機(jī)的整流子和碳刷是用來(lái)對(duì)電樞進(jìn)行供電的，同時(shí)也通過(guò)合理的排布使電樞繞組的電流方向符合電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向的要求。也就是說(shuō)直流電機(jī)每個(gè)單獨(dú)的電樞繞組的電流方向是改變的，這就帶來(lái)的電流換向的問(wèn)題。另外由于電樞繞組存在電感，所以繞組里的電流不能產(chǎn)生突變，否則會(huì)因此產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。但是在電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)這種變化還是很快的，因此會(huì)產(chǎn)生換相火花。

3.1、產(chǎn)生火花電磁方面的原因：

①換向器表面有油污、粉塵，云母片之間有導(dǎo)電粉塵。礦用電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境差，往往存在粉塵在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的積聚；同時(shí)，電刷與換向器接觸磨出的粉末也會(huì)積聚到換向器云母片溝內(nèi)，使換向片間短路。

②換向級(jí)繞組短路，繞組反接，以及電樞線圈接線接錯(cuò)也可以產(chǎn)生大量的火花。

③電樞不平衡會(huì)產(chǎn)生刷火。電樞繞組通常是由2條以上并聯(lián)支路構(gòu)成的，要求并聯(lián)支路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)完全相等，否則在并聯(lián)支路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，影響直流電動(dòng)機(jī)換向性能，產(chǎn)生嚴(yán)重刷火。

3.2、產(chǎn)生火花機(jī)械方面的原因：

①電刷與換向器表面接觸不良會(huì)產(chǎn)生刷火現(xiàn)象。電刷因牌號(hào)和尺寸不符合要求或電刷在刷握內(nèi)配合太松或太緊會(huì)與換向器表面接觸不良，電刷磨損過(guò)度，使電刷壓力過(guò)小，也會(huì)使電刷與換向器接觸不良。

②換向器外圓不圓，表面有燒灼麻點(diǎn)等缺陷，會(huì)產(chǎn)生刷火現(xiàn)象。

③電刷未處在中性線上。電動(dòng)機(jī)檢修或重繞大修，刷架位置有所變動(dòng)，當(dāng)安裝不當(dāng)時(shí)，電刷會(huì)改變位置不在中性線上，必然會(huì)產(chǎn)生大量的刷火。

④刷桿或者刷桿座接地樁會(huì)產(chǎn)生大量的刷火。

4、處理火花故障的方法：

4.1片問(wèn)短路

換向器片問(wèn)短路的原因是片間云母溝內(nèi)有導(dǎo)電雜質(zhì)，如碳粉和金屬屑等，形成換向器外部片間短路；另外，換向器內(nèi)部錐面密封不好，外界有大量炭粉和油污進(jìn)入內(nèi)部錐面的周圍縫隙內(nèi)，造成換向器內(nèi)部片間短路。這種故障用測(cè)試片間電阻的方法就可以發(fā)現(xiàn)。

對(duì)于炭粉（導(dǎo)電金屬微粒）以及臟物所造成的短路點(diǎn)，可采用交流電壓施加在片間進(jìn)行沖擊，就有可能把造成短路的臟物燃燒變成非導(dǎo)電體，使片間短路點(diǎn)消除。另外。云母溝和升高片根部積存的臟物所造成的片間短路，可用電工刀或者刮刀把表面漆膜清理干凈，再用放大鏡檢查，能夠把短路部分查出來(lái)，然后采取清理修復(fù)措施。

4.2換向極繞組故障

換向極繞組常見(jiàn)故障是匝間短路和對(duì)地?fù)舸?。較大容量的換向極線圈是采用裸扁銅（鋁）線繞制成型的，因此常將裸銅線燒損。修補(bǔ)方法是將燒損處銼出整齊的缺口，用銀磷銅焊將與缺口尺寸相吻合的補(bǔ)材與母材焊接在一起，焊好后用銼刀和砂布修補(bǔ)平坦。如果燒損嚴(yán)重，需要去掉幾匝損壞的銅線，則要用相同尺寸和材質(zhì)的銅排進(jìn)行焊接。為此要采取坡口的連接方式，即要求母材和補(bǔ)材相互銼出沿高在厚度上銼坡口，施焊時(shí)，先將母材拉開(kāi)一部分，用濕石棉布包扎，以防施焊時(shí)影響線匝絕緣，然后用銀磷銅焊進(jìn)行坡口接縫的焊接；冷卻后用銼刀平毛刺，去掉濕石棉布，清理干凈，再按原有絕緣等級(jí)包扎或墊放絕緣。

4.3電樞不平衡

電樞不平衡一般是均壓線出了故障。均壓線常見(jiàn)故障有嵌錯(cuò)、焊接不良、本身有斷裂和接地短路等。

均壓線焊接不良會(huì)造成嚴(yán)重刷火。處理這類故障比較容易，在換向器升高片處重新補(bǔ)焊即可。檢查方法是測(cè)量片間電阻值，阻值比正常大的是焊接質(zhì)量不良的反映。

均壓線導(dǎo)線本身的斷裂是嵌線時(shí)用手錘敲斷的，尤其截面小的導(dǎo)線，常發(fā)現(xiàn)這種故障。表現(xiàn)為空載試驗(yàn)時(shí)無(wú)刷火，帶上負(fù)載后便發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重刷火。處理這類故障比較困難，因?yàn)榫鶋壕€在電樞繞組下面，為了起出均壓線，需要起出電樞繞組的焊接頭，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

掌握直流電動(dòng)機(jī)換向器打火的原因和分析處理方法，關(guān)鍵要掌握直流電動(dòng)機(jī)的換向原理及電磁分析方法。即直流電機(jī)的磁通是由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的，因此，在理想狀態(tài)下，主磁極下的氣隙磁通應(yīng)該是均勻的。但是，當(dāng)電樞通入電流后也會(huì)產(chǎn)生磁通，會(huì)對(duì)電機(jī)的主磁通產(chǎn)生影響，產(chǎn)生去磁或助磁作用，這種現(xiàn)象就是電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)對(duì)直流電機(jī)的工作影響很大，使磁極半邊的磁場(chǎng)加強(qiáng)；另半邊的磁場(chǎng)減弱，負(fù)載越大，電樞反應(yīng)引起的磁場(chǎng)畸變?cè)綇?qiáng)烈，其結(jié)果將破壞電樞繞組元件的正常換向，易引起火花，使電機(jī)工作條件惡化。同時(shí)電樞反應(yīng)將使極靴尖處磁通密集，造成換向片間的最大電壓過(guò)高，也易引起火花甚至造成電機(jī)環(huán)火。為了克服這種現(xiàn)象，在電機(jī)，尤其是大電機(jī)上加裝了補(bǔ)償繞組，用來(lái)抵消電樞反應(yīng)帶來(lái)的磁通畸變現(xiàn)象。

目前國(guó)內(nèi)外大型直流電機(jī)均采用加設(shè)補(bǔ)償繞組等辦法改善換向，防止電火花產(chǎn)生。但因?yàn)楫a(chǎn)生火花的因素除了電磁方面的原因外，還要受機(jī)械、化學(xué)、電刷材料及工作環(huán)境等因素的影響。因此很難杜絕此類事故的發(fā)生。只有準(zhǔn)確掌握換向器打火的各種原因及處理方法，根據(jù)實(shí)際情況，具體分析，才能找出解決辦法。

5、經(jīng)濟(jì)效益

興安煤礦混合井延深改造工程中，主提升絞車直流電動(dòng)機(jī)換向器發(fā)生打火事故，影響工程進(jìn)度。通過(guò)分析準(zhǔn)確的判斷為換向極方向接反，調(diào)換換向極方向后，機(jī)換向器發(fā)生打火故障得到了有效的解決，主提升絞車直流電動(dòng)機(jī)工作正常。此次及時(shí)解決問(wèn)題避免了主提升絞車直流電動(dòng)機(jī)外委大修或更換，為礦節(jié)約資金15萬(wàn)余元。

6、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)換向器打火事故的分析、處理，掌握直流電動(dòng)機(jī)換向器打火事故處理方法，準(zhǔn)確判斷出電機(jī)打火事故的原因，及時(shí)采取有效措施，避免事故擴(kuò)大，確保煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李發(fā)海，朱東起編輯?！峨姍C(jī)學(xué)》第五版 科學(xué)出版社，2016-01-01.

作者簡(jiǎn)介：

陶乃軍（1969-），男，漢族，黑龍江鶴崗人，畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院礦山機(jī)電專業(yè)，從事煤礦機(jī)電技術(shù)培訓(xùn)工作，現(xiàn)任龍煤鶴崗礦業(yè)公司興安煤礦安全培訓(xùn)中心講師。