摘 要：直流電動機在拖動控制中經(jīng)常遇到換向器打火故障，如果產(chǎn)生了強烈的火花，不僅嚴重影響直流電動機的正常工作，還會直接燒毀電刷和換向器甚至電樞繞組，危及直流電動機的安全，造成較大的經(jīng)濟損失。因此，掌握換向器打火的原因、分析及維護方法已經(jīng)成為現(xiàn)場維修技術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。

關鍵詞：直流電動機 換向器 方法

1 前言

掌握換向器打火故障的原理，認真分析刷火過大的原因，研究預防措施，對直流電動機安全運轉(zhuǎn)具有重要的指導意義。

2、直流電動機原理：

直流電動機是依據(jù)載流導體在磁場中受力的原理而工作的。在兩個N、S磁極中間裝有一個可以旋轉(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接觸的電刷上。當電源接通時，電流通過線圈由“+”→A、a、b、c、d→B“-”構(gòu)成回路，則線圈的工作邊“ab”和“cd”在N、S極磁場作用下，產(chǎn)生兩個大小相等方向相反的力，形成了以“O”軸為中心 的逆時針旋轉(zhuǎn)力矩（可利用左手定則判斷轉(zhuǎn)子線圈受力方向），于是線圈就按逆時針旋轉(zhuǎn)。當線圈工作邊旋轉(zhuǎn)90度至N、S磁極的中性面時，電刷與換向片絕緣物接觸，線圈內(nèi)無電流通過，于是兩個工作邊不再產(chǎn)生作用力，但由于慣性的作用，線圈仍然旋轉(zhuǎn)。當電與換向片接觸時，線圈回路閉合有電流通過，電流從B端進入A端流出。此時，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。直流電動機就是根據(jù)這個原理制成的。

3、換向器火花故障分析

直流電動機換向器打火可分為機械和電磁（電樞繞組、定子繞組及電源等） 兩方面原因。機械方面包括換向器和碳刷的形狀、相對位置、接觸不良、碳刷型號不同等。電磁方面，直流電機的整流子和碳刷是用來對電樞進行供電的，同時也通過合理的排布使電樞繞組的電流方向符合電機運轉(zhuǎn)方向的要求。也就是說直流電機每個單獨的電樞繞組的電流方向是改變的，這就帶來的電流換向的問題。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，否則會因此產(chǎn)生感應電勢。但是在電機高速旋轉(zhuǎn)時這種變化還是很快的，因此會產(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，云母片之間有導電粉塵。礦用電動機工作環(huán)境差，往往存在粉塵在電動機內(nèi)部的積聚；同時，電刷與換向器接觸磨出的粉末也會積聚到換向器云母片溝內(nèi)，使換向片間短路。

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

③電樞不平衡會產(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)支路中的感應電動勢完全相等，否則在并聯(lián)支路內(nèi)會產(chǎn)生環(huán)流，影響直流電動機換向性能，產(chǎn)生嚴重刷火。

3.2、產(chǎn)生火花機械方面的原因：

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

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

③電刷未處在中性線上。電動機檢修或重繞大修，刷架位置有所變動，當安裝不當時，電刷會改變位置不在中性線上，必然會產(chǎn)生大量的刷火。

④刷桿或者刷桿座接地樁會產(chǎn)生大量的刷火。

4、處理火花故障的方法：

4.1片問短路

換向器片問短路的原因是片間云母溝內(nèi)有導電雜質(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。這種故障用測試片間電阻的方法就可以發(fā)現(xiàn)。

對于炭粉（導電金屬微粒）以及臟物所造成的短路點，可采用交流電壓施加在片間進行沖擊，就有可能把造成短路的臟物燃燒變成非導電體，使片間短路點消除。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，然后采取清理修復措施。

4.2換向極繞組故障

換向極繞組常見故障是匝間短路和對地擊穿。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材與母材焊接在一起，焊好后用銼刀和砂布修補平坦。如果燒損嚴重，需要去掉幾匝損壞的銅線，則要用相同尺寸和材質(zhì)的銅排進行焊接。為此要采取坡口的連接方式，即要求母材和補材相互銼出沿高在厚度上銼坡口，施焊時，先將母材拉開一部分，用濕石棉布包扎，以防施焊時影響線匝絕緣，然后用銀磷銅焊進行坡口接縫的焊接；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。均壓線常見故障有嵌錯、焊接不良、本身有斷裂和接地短路等。

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

均壓線導線本身的斷裂是嵌線時用手錘敲斷的，尤其截面小的導線，常發(fā)現(xiàn)這種故障。表現(xiàn)為空載試驗時無刷火，帶上負載后便發(fā)現(xiàn)嚴重刷火。處理這類故障比較困難，因為均壓線在電樞繞組下面，為了起出均壓線，需要起出電樞繞組的焊接頭，費時費力。

掌握直流電動機換向器打火的原因和分析處理方法，關鍵要掌握直流電動機的換向原理及電磁分析方法。即直流電機的磁通是由勵磁繞組產(chǎn)生的，因此，在理想狀態(tài)下，主磁極下的氣隙磁通應該是均勻的。但是，當電樞通入電流后也會產(chǎn)生磁通，會對電機的主磁通產(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。電樞反應對直流電機的工作影響很大，使磁極半邊的磁場加強；另半邊的磁場減弱，負載越大，電樞反應引起的磁場畸變越強烈，其結(jié)果將破壞電樞繞組元件的正常換向，易引起火花，使電機工作條件惡化。同時電樞反應將使極靴尖處磁通密集，造成換向片間的最大電壓過高，也易引起火花甚至造成電機環(huán)火。為了克服這種現(xiàn)象，在電機，尤其是大電機上加裝了補償繞組，用來抵消電樞反應帶來的磁通畸變現(xiàn)象。

目前國內(nèi)外大型直流電機均采用加設補償繞組等辦法改善換向，防止電火花產(chǎn)生。但因為產(chǎn)生火花的因素除了電磁方面的原因外，還要受機械、化學、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。只有準確掌握換向器打火的各種原因及處理方法，根據(jù)實際情況，具體分析，才能找出解決辦法。

5、經(jīng)濟效益

興安煤礦混合井延深改造工程中，主提升絞車直流電動機換向器發(fā)生打火事故，影響工程進度。通過分析準確的判斷為換向極方向接反，調(diào)換換向極方向后，機換向器發(fā)生打火故障得到了有效的解決，主提升絞車直流電動機工作正常。此次及時解決問題避免了主提升絞車直流電動機外委大修或更換，為礦節(jié)約資金15萬余元。

6、結(jié)束語

通過對直流電動機換向器打火事故的分析、處理，掌握直流電動機換向器打火事故處理方法，準確判斷出電機打火事故的原因，及時采取有效措施，避免事故擴大，確保煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)。

參考文獻：

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

作者簡介：

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