直流电机换向火花的检测与调整

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换向器火花

换向火花产生的原因换向火花产生的原因是多种多样的，必须在众多的因素中，找到主要原因，方能排除故障，改善换向。

检查换向恶化原因的方法，通常称换向条件正常化检查和调整，是直流电机换向事故处理中最常用方法，其原理如下。

一台直流电机在刚投入运行或过去运行中，换向一直是正常的，而在以后的运行过程中，逐渐变坏或突然恶化，说明电机在换向恶化前，其滑动接触、电机结构和电机各部件工作情况是正常的。

在电机运行过程中，某些部件的工作状态发生了改变，或周围环境发生变化，从而破坏了滑动接触，改变了正常的换向状态，而导致换向的恶化。

如果对这些影响电机换向的因素进行全面检查和调整，使其能恢复原来的正常状态，则换向即能恢复正常。

换向正常化检查是直流电机寻找换向事故原因和排除故障的常用方法，它包括如下主要项目：a.换向器片间电阻测量。

测量换向器片间电阻，能发现电枢绕组是否断线、开焊和匝间短路，升高片是否断裂以及是否存在换向器片间短路。

片间电阻检查通常采用压降法，也可采用专用片间电阻测量仪。

b.换向器摆度测量。

当换向器变形或偏心时，在运行时将会使电刷跳动，滑动接触就不理想，超过一定数值后，将导致换向恶化。

高速电机和多重路电枢绕组电机更为敏感。

c.电刷中性面的检查，直流电机电刷中性线位置，一般应严格在主磁极几何中心线上，对于大型电机，可逆运行电机和高速电机尤其如此。

因为当电刷偏离主机中性线时，换向将发生超前和延迟。

纵轴电枢反应使电机的外特性发生变化，对可逆转电动机来说，两个转向下转速不同而且外特性也不同，两个转向时换向强弱也不同。

在电刷偏离中性位置较大时，由于换向元件进入主极磁通区，电机将产生空载火花。

d.极距、刷距和气隙的检查与调整。

直流电机各排电刷之间的距离，主极之间和换向极之间距离应力求相等。

因为刷距和极距不等则会造成各排电刷下被短路元件在磁场中位置不一样，换向极磁场和换向元件电抗电势波形不重合，各个刷架下火花不等会使电机换向不正常。

直流电机换向火花问题的探讨

直流电机换向火花问题的探讨作者：姚道文来源：《中国科技博览》2015年第31期[摘要]直流电机在带负载高速运行时，换向器与电刷之间容易产生火花，给电机带来很大的伤害，对火花的控制直接影响着电机的使用寿命。

本文通过分析产生火花的原因对火花进行有效的控制。

[关键词]直流电机火花换向器电刷中图分类号：TD522 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0009-011、前言湘钢高线厂二线始建于1958年，经历了2000年的一火成材改造，现场主要的轧机基本都是由直流电机驱动（精轧机除外），包括开坯、粗中轧、预精轧以及辅传等，功率从几十千瓦到数千千瓦不等，大面积使用直流电机，主要是由于直流电机具有它自身得天独厚的优势：1）调速范围广，易于平滑调速；2）控制简单，可靠性高；3）启动、制动和过载转距大。

但其主要的问题是换向问题，它限制了直流电机的极限容量，加上直流电机体积大，维护难度大。

随着近年来可控硅整流技术的日趋完善，直流电机在很多场合仍然具有交流电机不可替代的作用。

2、直流电机的换向及火花等级直流电机换向器的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

换向器是为了让电机往同一个方向旋转，不然电机会来回转动，而不能连续不断的一周一周地旋转。

换向问题很复杂，换向不良会在电刷和换向片之间产生火花。

当火花大到一定程度，有可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。

但直流电机运行时，并不是一点火花也不许出现。

直流电机的换向电刷火花的等级分类见表1。

3、换向火花产生的原因换向火花产生的原因有很多，由于在换向过程中伴随着有电化学、电热等因素，所以换向问题相当复杂，此次我们主要从已经掌握相对熟悉的方面进行分析，主要包括电磁原因和机械原因两大方面进行讨论、研究。

3.1、电磁方面的原因换向器在换向过程中，电流的变化会使换向器本身产生自感电动势，阻碍换向的进行。

直流电动机换向火花分析

直流电动机换向火花分析作者：肖杨来源：《科学与财富》2018年第02期摘要：换向是直流电机的特殊问题。

火花是换向不良的表现，轻则灼伤电刷和换向器，严重时它会危及电机的运行安全。

同时还会对周围的通讯设施造成干扰。

本文是结合实践工作当中换向出现火花情况，通过分析和实践消除火花，提高电机的效率，进行分析。

关键词：直流电机；换向；火花1概述八钢制品分厂有一台LZ8/16全直流调速冷轧带肋机组。

主机电机是一台Z4-280-31132KW、采用西门子6RA23直流调速装置，收线机电机是一台Z4-180- 37KW、采用西门子6RA24直流调速装置。

有一次在更换Z4-280-31 132KW 4组换向线圈后，该电机换向器边缘有较强烈的火花。

无论怎样调整电刷、清理换向器表面、降低轧制规格（也就是调整负载状态）均不能消除该火花。

经过现场不断的对比，发现是电工在更换该4组换向极线圈时把各自的两接线柱接成混连连接方式，如图一b所示。

后把4组换向极线圈两接线柱接成顺连连接方式，如图一a所示，就消除该火花现象。

（本文笔者暂且称头头与尾尾连接方式为顺连，头尾与头头或头尾与尾尾称为混连）2换向过程概念直流电机工作过程中，随着电枢的转动，每时每刻都有某些元件被电刷短路，它们从短路前的一条支路转入短路后的一条支路，短路前后元件中的电流改变方向。

这种元件电流改变方向的过程称为换向。

其一个元件的换向过程如图二所示3换向电流根据直流电动机的电压方程励磁回路： U=IfRf可得换向回路电压方程为：式中i1、i2经换向片1、2流入电刷的电流，根据构成电路回路电流法则，它们具有如下关系，即可推导出换向电流表达式：式中TK—是换向周期，r—是换向片与电刷完全接触时的接触电阻，ia—每支路电流4分析与说明Z4-280-31 132KW电刷采用D374N系列，在产生火花后，我们多次调整碳刷压力、紧固刷架、清理换向器表面都无济于事，至此可排除机械原因、电机的负载和其他环境因素的原因。

直流励磁机电刷下火花的消除

直流励磁机电刷下火花的消除目前，石化企业仍有不少的50—l00汽轮发电机组在运行。

这些机组一般都采用直流励磁机的励磁方式，在运行中最常见的故障是直流励磁机中电刷和换向片间出现较大火花。

现简介如何通过运行维护和检修两个环节来消除电刷火花。

1．运行维护(1)要加强汽轮机和发电机的运行监视，保证机组在正常情况下不过负荷运行，避免因汽轮机和发电机的不正常运行导致励磁机振动。

(2)要经常检查电刷的运行情况。

电刷在刷握内应能自由滑动，无卡涩、摇摆现象，电刷与刷握的间隙在0.15—0.50mm之间。

如间隙过小，电刷易卡涩，需研磨电刷；如间隙过大，需更换电刷。

检查过程中要注意人身和设备的安全。

(3)检查刷辫不应过热，刷辫与刷握架和电刷的接触应良好，以免一部分电流流过弹簧和刷握，使弹簧失去弹性、刷握内壁烧毛，进而影响电刷的自由滑动。

(4)保证弹簧的压力。

检查所有弹簧压力在规定范围内，在振动较大的场所，弹簧压力可适当增大。

各刷压相差不得超过平均值的lo％，压力太大或太小的弹簧都应及时更换。

(5)禁止使用金刚砂或粗木砂纸研磨换向器表面，以保护换向器表面的氧化亚铜薄膜，并可避免换向器的额外磨损。

(6)车削换向器后，要加强检查电刷的运行情况。

在氧化亚铜薄膜形成前，应尽量避免电刷下出现火花。

(7)发电机转子电流超过额定值时，要增加巡检次数，以便及时发现问题，避免事故的扩大。

(8)电刷长度短于刷握的1/3—l/4时，必须立即更换，以免电刷晃动或造成弹簧压力；不足，还可避免电刷内刷辫摩擦到换向器。

更换电刷时应注意：①要使用相同型号的电刷，最好是同一厂家生产的电刷。

如确需更换型号，必须选择；专业厂家生产的各项性能相当或更优的产品。

②新电刷要经过研磨后方可使用。

新电刷应先在一个与换向器外圆相同的模架上磨出圆弧，使电刷与换向器的接触面积不小于电刷截面的70％。

如电刷的外形尺寸偏大，也需研磨，以保证电刷在刷握内能自由滑动。

研磨后要清除电刷上的浮尘。

(完整word版)直流电机换向故障的处理(word文档良心出品)

直流电机换向故障的处理一、火花产生原因和等级(一)换向火花划分原则保持电刷与换向器良好的工作状态,保持优良的换向性能是保证直流电机安全的重要条件。

通常情况下，电机无火花运行（或微弱的无害火花下运行），换向器表面氧化膜均匀而有光泽，电刷与换向器磨损轻微等均可认为是良好的换向性能的表征。

相反，强烈的换向火花，换向器表面氧化膜破坏或异常，电刷与换向器之间滑动接触不稳定，电刷与换向器的异常磨损等都是换向不良的症状，将直接威胁电机运行。

火花是电刷与换向器之间的电弧放电现象，是直流电机换向不良的最明显标志。

由于轻微的电刷火花释放能量微弱，不会构成对电机运行的危害，故称无害火花。

较强的电刷火花其能量将会破坏电刷与换向器之间的滑动接触，灼伤电刷镜面和换向器表面氧化膜，使两者磨损增加，并造成恶性循环，这种火花属有害火花。

更有甚者，由于强烈的电刷火花使电刷磨道上空气游离，因电弧飞越而导致环火事故对电机造成巨大的损坏，构成对直流电机运行的威胁。

不同的换向火花对直流电机运行的影响和危害不同，为了确定换向火花对直流电机运行的影响和危害，必须要划分火花等级。

换向火花是电刷和换向片脱离接触时换向元件中释放电磁磁量，以电弧放电形式表现出来。

根据对换向火花研究表明，它是一种频谱广阔的电磁波，其频谱主要范围是30KHZ至1MHZ。

换向火花的危害性应根据火花能量的标志，可以作为评价换向火花的标准。

但由于火花测量十分复杂和困难，因而通常以火花亮度、密集程度和大小作为划分火花等级的依据。

世界各国对于火花划分标准各不相同，但是所有这些标准都是根据换向火花的亮度、密集程度、大小以及对电刷和换向器的损害表现，来划分换向火花等级的，由于至今尚未有某种仪器可精确测定换向火花等级，都是由观察者目视决定的，因而不可避免的带有火花观察者的某些主观因素。

(二)火花等级GB755-87标准规定的火花等级，是用两种方法加以判别的。

一是电刷下火花特征，即火花大小、亮度和密集程度；二是火花对换向器表面和电刷的损害程度。

直流电机换向故障分析与检查

直流电机换向故障分析与检查直流电机启动转矩较大，同时起动、制动以及调速性能都非常出色，调速曲线平滑，可以任意改变转向，加之成本低廉，得到了很多人的认可。

但与此同时。

这种设备也存在着较为明显的缺陷，例如对外界环境要求较为严格、维修难度较高等等。

但是对于电机的故障而言，换向器故障占据了绝大多数，最为常见的类型包括换向困难以及打火困难等等。

本文针对这方面的问题进行了分析。

1 直流电机以及换向器的结构和工作原理1.1 直流电机的结构分析直流电机可以分为两大部分，分别是定子和转子。

直流电机中的静止、不运动的部位称为定子，其中包括了主磁极、换向极以及电刷装置等等，而转子则是电机内的转动部位，也可以称为电枢，其包括了换向器、风扇以及电枢绕组、铁心。

1.2 换向器的结构以及工作原理换向器是由许多紧压在一起的换向片组成，每一换向片与相邻换向片之间，用云母绝缘，许多换向片组合成圆筒形，大型直流电机的换向器是数百片梯形断面的特制铜片和硬质云母片用钢制压圈紧固而成，在制造时经过反复的冷压、热压和动压形成等过程。

换向片通过升高片与转子线圈相连，片面上通过碳刷接触与外电源相连。

换向器有一中心支架，起固定作用，中心支架包括一金属轴和一绝缘环，换向器通过金属轴与转子轴压接。

换向便是用机械方法强制改变电路连接，使绕组元件在极短时间内从一条支路移入另一条支路，从而使该元件中的电流从一数值换至另一数值。

2 常见故障分析2.1 电磁故障问题电磁出现故障导致换向器无法正常工作，距离来说，换向极强度问题、磁路饱和问题、电刷位置以及性能问题等等。

（1）过电流导致产生换向火花如果过载强度过高，那么就很可能出现火花，如果烧伤换向片，就会导致表层氧化膜被破坏，进而影响其承载能力，所以在单位电流下，火花问题也会不断严重。

处理方法：针对相应的工艺参数进行调整，减少电机工作中产生的电流，在达到一定水平之后进行车削。

（2）碳刷的中心线出现了偏移，导致换向器换向功能阻碍。

直流电机产生火花的探讨

科技信息２００８年第２０期ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ●直流电机在运行时，电刷与换向器之间常发生火花，微弱的呈蓝色的火花并不影响电机的正常工作，但当电刷下的火花范围扩大，将烧灼换向器和电刷，进一步使直流电机不能正常运行。

产生的火花的原因较多，在这里根据古典的电磁换向理论来分析产生火花的原因。

直流电机工作时，旋转的电枢绕组元件在换向过程中，由于换向元件的电流ｉ将由＋ｉ变为－ｉ，而产生电抗电动势：ｅｒ＝－Ｌｒｄｉｄｔ其中Ｌｒ为换向元件等效的合成漏电感，它包括换向元件的漏电感和同时进行换向的其他换向元件对被研究的换向元件之间漏磁互感。

由于换向电流随时间的变化规律很复杂，我们来分析在换向周期Ｔ内的电抗电动势的平均值，即ｅｒａ＝１ＴＴ０"ｅｒｄｔ＝１Ｔ＋ｉ－ｉ"（－Ｌｒ）ｄｉ＝Ｌｒ２ｉＴ由此得电抗电动势的平均值为：ｅｒａ＝２ｗＬλＡＶａ其中ｗ为元件的匝数，Ｌ为电枢铁心的有效长度，Ａ为电枢线负载，Ｖａ为电枢表面的线速度。

由上式可知电机的线负载越大，转速越高，则ｅｒａ越大，换向越困难，易产生火花。

当电枢旋转时，换向区域内的磁动势有：交轴电枢反应磁动势，换向极磁动势和主极磁动势。

由于换向元件切割换向区域内的磁场而感应的电动势是旋转电动势，其表达式是：ｅｋ＝２ｗＢｋＬＶａＢＫ为换向极磁动势和交轴电枢反应磁动势合成后建立的合成磁场，由此得：作用于换向元件的总电动势为：Σｅ＝ｅｒ＋ｅｋ流过换向元件中的总电流ｉＨ除了理想换向时的ｉｌ外，还有附加电流ｉｆ，即ｉＨ＝ｉ１＋ｉｆ下面分三种情况分析１．当换向元件中电抗电动势和旋转电动势大小相等方向相反时Σｅ＝０换向电流ｉ为：ｉＨ＝ｉａ（１－２ｔＴ）换向电流ｉ与时间ｔ是线性关系，故称直线换向，又称电阻换向，由于直线换向电刷下的电流密度相等，故电刷接触层中的损耗和发热量最小，是一种理想的换向。

２．若电抗电动势ｅｒ大于旋转电动势ｅｋ则Σｅ＞０根据电磁感应定律，换向电流改变方向的时刻将比直线换向延迟一段时间，因此称为延迟换向，结果是后刷边的电流密度增大，而前刷边电流密度减小，对换向不利从而出现火花。

直流电动机电流换向时产生火花的原因有哪些？减小换向火花应采取哪些措施？

直流电动机电流换向时产生火花的原因有哪些？减小换向火花应采取哪些措施？
直流电动机旋转时，电枢绕组元件从一个支路经过电刷转换到另一个支路时，元件中的电流转变一次方向，这就叫换向。

换向不良时将会消失剧烈的火花。

产生火花的缘由主要有以下几方面。

(1)电磁方面。

主要因素为：1)电枢反应，几何中性线处磁通密度不为零，元件经过此处产生电动势，此元件被电刷短路，就在元件与电刷间形成环流，当元件所接的换向片与电刷脱离接触时，元件中的磁能要释放出来而产生火花。

2)自感电动势的影响。

(2)机械方面。

主要有电刷的弹簧压力不当、换向器的云母片凸出、换向器表面不光滑等缘由造成的电刷与换向器接触不良而产生火花。

(3)工作环境方面。

空气中的尘埃、盐雾、化学、电离等各种因素的影响，都会产生火花。

改善换向减小火花应实行的措施为：一般应选用合适的电刷，适当移动电刷的位置。

1。

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ｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄ．Ｃ．Ｍｏｔｏｒ；ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｓｐｒｋａ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ
换向火花是电机运行时，电刷与换向器之间的电弧放电
于电刷的前、后边电流密度分布不均匀，或电刷与换向片分离时，元件内短路电流并不为零，元件内的电磁能将以火花形式释放，于是后刷边产生火花。再之，在换向元件中不可避免地产生电抗电势ｅ，；另外当换向元件切割交轴电枢反应磁通时，还会产生旋转电势ｅ。。ｅ和ｅ。都是阻止电流变化
ＢａｓｉｃＳｔｕｄｉｅｓｆｏｒｔｈｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆ
Ｄ．Ｃ．ＭｏｔｏｒＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎＳｐａｒｋ
ＧＡＯＨａｉ — ｂｏ，ＣＨＥＮＧＴａｏ，ＺＨＯＵＣｈａｎｇ — ｚｈｅｎｇ，
（１．重庆地区军代室，重庆４０００５０；２．４９７厂军代室，重庆３２１０１７）４０００７１；３．虎溪电机厂，重庆
摘要：分析了直流电机换向火花产生的主要原因，提出了如何对电磁部分和机械部分引起的火花进行检测，通过检测得到正确判断，进行恰当地调整，使电机运行状况得到改善。关键词：直流电机；换向火花；检测；调整中图分类号：ＴＭ３０７文献标识码：Ａ文章编号：１００６一ｏ７０７【２０１３）０９— ０１０９— ０３
为了改善电机换向，在直流电机中普遍采用了换向绕
组，大型电机和高速电机还装有补偿绕组。这２种绕组的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ目
测，可以判断电机性能是否符合技术要求，并通过寻找火花
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｏｆＤ．Ｃ．Ｍｏｔｏｒｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｓｐａｒｋｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｗｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｈｏｗｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｓｐｒｋａｄｕｅｔｏｈｅｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ＳＯｗｅｃｏｕｌｄ
ｃｈｏｏｓｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｍｏｔｏｒｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｕｓｉｎａｃｏｒｒｅｃｔｊｕｄｇｍｅｎｔｏｎｔｈｅｂａｓｉｓ
的，这两个电势都使换向恶化，形成火花。
现象，是直流电机换向不良的最明显的标志。电机换向火花偏大现象是电机损坏的主因，而很多其它各方面的故障初期
通常也会表现在换向火花上。而火花对电机运行是会带来
危害的，当火花的级别太大时，甚至会烧坏电机… 。因此在电机检测中除了转速、转矩、功率、电流等项目，电机火花的检测同样也是一项重要的检测项目。通过对换向火花的检
ＬＩＸｉａｎ— ｆｅｎｇ２ＡＮＦｕ．ｔａｏ，ＺＨＡＮＧＹｏｎｇ
，
（１．ＭｉｌｉｔａｒｙＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＯｆｉｆｃｅｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇＡｒｅａ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５０，Ｃｈｉｎａ；
２．ＭｉｌｉｔａｒｙＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＯｆｉｆｃｅｉｎ４９７Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００７１，Ｃｈｉｎａ；
３．ＴｈｅＨｕｘｉＭｏｔｏｒＦａｃｔｏｙ，ｒＣｈｏｎｇｑｉｎｇ３２１０１７，Ｃｈｉｎａ）
第３４卷
第９期
四川兵工学报
２０１３年９月
【信息科学与控制工程】
ｄｏｉ：１０．１１８０９／ｓｃｂｇｘｂ２０１３．０９．０３１
直流电机换向火花的检测与调整
高海波，程涛，周长征，李献峰，安富涛，张勇