李翠蘭

(中航工業(yè)電源陜西秦嶺特種電機有限責任公司，陜西咸陽713107)

0引 言

直流電動機長期工作時，換向器表面一般會形成薄薄的一層氧化膜，它會提高耐磨性，增加電刷與換向器的接觸電阻，使換向過程比較理想，但在實際工作中換向器往往因運行條件的不同而出現(xiàn)多種多樣的狀態(tài)。為了保持良好的運行狀態(tài)，提高電機的運行效率，換向器表面必須維持穩(wěn)定而良好的氧化膜。所謂換向器表面的良好狀態(tài)就是不產(chǎn)生過大的換向火花，磨損正常。換向器表面的磨損隨運行時間的延長而增加，因此應定期進行檢查和維護。下面從經(jīng)常出現(xiàn)的問題入手，分析異常磨損的原因，提出一些切實可行的解決辦法。

直流電動機換向器異常磨損的原因很多，根據(jù)理論分析和生產(chǎn)中的經(jīng)驗，主要有以下幾個方面。

1電氣性磨損

1．1電刷的電流密度過低

在輕載下連續(xù)運行的電機，其電刷的平均電流密度低，溫度也低，在換向器表面不易形成良好的氧化膜，電刷的滑動特性不穩(wěn)定。這主要是在選取電機時功率裕度過大，直流電動機在輕載下運行反而會產(chǎn)生不良結(jié)果。若使用中發(fā)現(xiàn)消耗電流比標稱的額定電流小得多，說明電機的功率選取太大，應重新選取電機參數(shù)?？砂匆韵乱蟠_定電機功率:若負載與電機之間是直接傳動，則所選的功率應是被拖動負載機械功率的1～1．1倍;若負載與電機之間存在傳動系統(tǒng)，則功率應是被拖動負載機械功率的1．1～1．2倍。

1．2電刷牌號選擇不合適

電刷性能對電機的換向和磨損有很大的影響，應合理選擇。在選擇時必須考慮多種因素，如電刷的接觸壓降、電刷電流密度、換向器圓周速度、電刷硬度、摩擦系數(shù)等，而這些因素往往是互相矛盾的，應根據(jù)具體要求側(cè)重選取。

(1)選用具有較高接觸壓降的電刷能減小換向電流，改善換向性能。但在大電流電機中，過大的接觸壓降會使接觸損耗增大，電機效率降低。同時，電刷過分發(fā)熱會破壞氧化膜，反而使換向性能惡化和磨損。所以選取電刷時接觸壓降應與電機的電壓相適應。對高壓、小電流電機，可選接觸壓降較大的電化石墨電刷;對低壓、大電流電機，選接觸壓降較低的金屬石墨電刷。

(2)電刷硬度較高能減小磨損，延長電刷的使用壽命。但過硬容易破壞換向器上的氧化膜，使換向性能變差。因此，電刷硬度應控制在一個較為合理的范圍內(nèi)。

(3)高速電機容易引起摩擦振動，盡量選用摩擦系數(shù)小的電刷。

在選擇電刷時，應根據(jù)具體情況選用合適的電刷。一般的選擇原則:首先根據(jù)電刷的電流密度及換向器的圓周速度來選擇電刷種類，再結(jié)合電機的額定電流、電壓來考慮，就可確定電刷的具體型號。

1．3電樞繞組匝間短路和斷路

若電樞繞組匝間短路和斷路，各相匝數(shù)發(fā)生了變化，繞組變得不均勻，各支路電流產(chǎn)生嚴重的不平衡，電刷電密過大，換向器加劇升溫，氧化膜加厚，承受大電流的換向片換向會惡化，導致?lián)Q向器異常磨損，甚至會出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象。用降壓法測電阻和短路儀可測量斷路和短路位置，也可觀察繞組的顏色，若有變色或發(fā)黑現(xiàn)象，說明匝間短路。

1．4電機超載運行

電機超載運行時，負載電流超過規(guī)定的過載電流值，尤其是加速或減速時的峰值電流不得超過最大過載電流值。若電機長時間超載運行，負載電流超過額定電流值，則電機溫度升高，換向器溫升超過限值，促使氧化膜加厚，氧化膜過厚會因振動而開裂，出現(xiàn)脫落或剝層現(xiàn)象。氧化膜的剝層現(xiàn)象使得局部變薄，電流容易集中于氧化膜的薄層部分，使局部電流急劇增大，導致?lián)Q向條件惡化，換向器磨損量隨之增加。

2機械性磨損

2．1換向片凸凹不平和云母凸起

換向片表面凸凹不平是換向器制造過程中換向片被壓得過緊、受到來自外部的撞擊、超速以及換向片間云母片老化等原因引起的。云母凸起往往是由于換向片磨損到超過云母片下刻的深度、車削后云母片下刻的不正確引起的。換向器表面凸凹不平時，電刷會產(chǎn)生劇烈跳動，從而引起換向火花、電刷和換向器異常磨損。這種現(xiàn)象可以通過檢查換向器的跳動來判斷。磨損嚴重時，應用油石研磨或車削處理，云母片凸起部分用專用工具去除，并使其低于換向器表面。

2．2電刷壓力過小或過大

一般來說，電刷壓力大時，電刷徑向跳動會減小，換向性能會得到改善。但是壓力過大時，摩擦力增大而使機械性磨損增大;電刷壓力過小時，電刷和換向器接觸不良，容易引起電弧，使換向火花增大。因此電刷壓力必須適中，金屬石墨電刷的壓力值選 1．5 ～2．5 N/cm2，較為合適。

2．3 夾雜物

混入大氣中的研磨性灰塵和車削修整換向器時殘留下來的銅屑、銅粉和云母粉等夾雜物，會使換向器表面在很短時間內(nèi)產(chǎn)生損傷，一旦出現(xiàn)這種情況，電刷上產(chǎn)生電流集中現(xiàn)象，使損傷進一步惡化。這時要認真檢查電刷的接觸面，弄清夾雜物的存在情況，然后，用金剛砂紙磨合電刷的接觸面，對換向器表面進行修整，并對電機內(nèi)外進行徹底清掃。

2．4 粘附油污

換向器表面粘附油污時，摩擦系數(shù)增大，往往引起換向器表面和電刷的異常磨損。這是由于存在油污而形成油膜，使臨界薄膜層的電阻明顯增大，并因放電使油膜破壞而導電，造成電流的過度集中。粘附在換向器表面薄膜上的油污滲入了電刷，使電刷表面成分發(fā)生變化，使其滑動特性惡化。因此處理方法是防止油的浸入，在設(shè)計時選用致密電刷。

3化學因素

3．1 空氣濕度

濕度對換向器表面氧化膜的形成有明顯的影響，為了保持電刷與換向器良好的滑動接觸，維持適宜的濕度是必要的，濕度過高或過低，都將造成換向不良的后果。

濕度過高時，換向器表面形成的水膜過厚。由于水膜的電解作用，電刷上析出銅來，接觸電壓降越大，這種作用就越明顯。換向器表面也隨電刷因電解作用而析出銅變得粗糙起來，當電刷接觸面上析出的銅不易脫落時，電刷上附著的銅逐漸變大，使換向器表面磨損加劇。一般認為，絕對濕度超過10～12 g/m3，就會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。夏季某些地區(qū)換向不良多數(shù)就是這種原因。

濕度過低時，換向器表面不能形成具有潤滑作用的氧化膜，電刷與換向器不能有較好的滑動接觸，容易加劇電刷和換向器磨損。這種現(xiàn)象一般在絕對濕度小于4～3 g/m3時就會出現(xiàn)。

3．2 有害氣體

大氣中存在有害氣體時，往往引起換向不良、電刷和換向器異常磨損。例如，沿海地區(qū)因電刷吸附了鹽分而容易產(chǎn)生火花和換向器故障。大氣中存在氯化性氣體或硫化性氣體時，換向器表面會形成有害的氧化膜。存在腐蝕性化學氣體時，換向器表面的氧化薄膜遭到破壞，在重新形成氧化膜的過程中，換向火花加劇，導致?lián)Q向器磨損。因此，電機盡量避免在有害氣體存在的環(huán)境中使用。

4結(jié) 語

換向器磨損異常是一個比較復雜的問題，存在多方面的因素，有電刷和換向器等零件的選材、制造工藝和日常維護等原因。處理不當不但會影響電機的正常運轉(zhuǎn)，嚴重時，還會使電機燒毀，造成經(jīng)濟損失。只有進行認真分析，采取對應措施，才能起到較好效果。