直流电机火花等级、电刷
直流电机电刷下的正常火花
直流电机电刷下的正常火花1. 简介直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。
在直流电机的运行过程中，电刷是一个重要的组件，负责与旋转的集电环接触，将电源提供给转子。
然而，在一些情况下，我们可能会观察到电刷下出现火花现象。
本文将详细介绍直流电机电刷下的正常火花现象。
2. 火花现象的原因当直流电机运行时，由于旋转部件与固定部件之间存在摩擦力和接触阻力，会产生一定程度的摩擦和磨损。
这就导致了火花现象的产生。
具体来说，主要有以下几个原因：2.1 电刷材料选择通常情况下，直流电机的电刷由碳材料制成。
碳材料具有良好的导电性能和耐磨损性能。
然而，在高速运行或负载较大情况下，碳材料容易产生摩擦和磨损，从而引发火花现象。
2.2 旋转部件与固定部件之间的摩擦直流电机中，旋转部件（如转子）与固定部件（如集电环）之间存在一定的摩擦力。
当摩擦力超过一定程度时，会引起电刷下的火花现象。
这是因为摩擦力会产生高温，使电刷表面温度升高，进而引发火花。
2.3 电刷磨损随着直流电机的使用时间增加，电刷会逐渐磨损。
磨损过程中，电刷表面会出现不平整、毛刺等情况，增加了火花产生的可能性。
3. 火花现象的特征直流电机电刷下的正常火花具有以下特征：3.1 火花颜色正常火花通常呈蓝色或白色。
这是由于高温引起气体分子激发和离子化产生的。
3.2 火花形状正常火花呈细小且均匀分布的点状或线状。
如果火花呈现较大且不均匀分布的形状，则可能表示存在异常情况。
3.3 火花频率正常火花的频率通常在一定范围内变化，与电机负载和转速有关。
频率过低或过高可能表示电刷或其他部件存在问题。
4. 火花现象的影响直流电机电刷下的正常火花现象对电机运行有一定的影响：4.1 能量损耗火花现象会产生额外的能量损耗，降低了电机的效率。
这是因为火花会导致能量转化为热能，从而增加了电机的工作温度。
4.2 磨损加剧火花现象会加剧电刷和集电环等部件的磨损，缩短其使用寿命。
特别是当火花较大、频次较高时，磨损加速。
直流电动机火花等级和判断标志
直流电动机火花等级和判断标志
直流电动机火花等级和标志见表。
表直流电动机火花等级和推断标志火花等级电刷下的火花程度换向器及电刷的状态允许的运行方式1无火花--1电刷边缘仅小部分有微弱的点状火花或有非放电性的红色小火花换向器上没有黑痕，电刷上没有灼痕允许长期连续运行1电刷边缘大部分或全部有稍微的火花换向器上有黑痕消失，但不发展，用汽油擦其表面即能除去，同时在电刷上有稍微灼痕 2 电刷边缘全部或大部分有较剧烈的火花换向器上有黑痕消失，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。
如短时消失这一级火花，换向器上不消失灼痕，电刷不致被烧焦或损坏仅在短时过载或短时冲击负载时允许消失 3 电刷的整个边缘有剧烈的火花（即环火），同时有大火花飞出换向器上的黑痕相当严峻，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。
如在这一火花等级下短时运行，则换向器上将消失灼痕，同时电刷将被烧焦或损坏仅在直接起动或逆转的瞬间允许存在，但不得损坏换向器及电刷
1。
换向火花等级表
换向火花等级
根据电刷下火花程度和换向器及电刷的状态，换向火花等级为5级
安装的规定：一般用途的直流电机在空载（不允许空载的电机从〔¼〕负载到额定负载，对正逆转要求的直流电机，应测量两个转向的情况下，换向火花等级应不超过1½级，在偶然过电流或短路时转矩（见7.1-7.2），火花应不超过2级，3级火花只有直流启动（没有启动变阻器）或逆转的瞬间，且换向器及电刷的状态仍能适应于以后的工作允许出现。
换向试验：
如电机需进行温升测试，换向试验在温升试验后立即进行，试验时间应在该类型电机的标准中规定。
电动机换向火花等级表
8.2火花等级的确定
电机在确定火花等级时，一般按电刷下的火花程度确认，如所有电刷下的火花均匀，可判定为一级，假如一边高一边低，则按火花较高一边判定。
以上节选自《电动机国家标准》GB/T 1311-1989直流电机试验方法IEEE 113:1973中火花等级表详细)。
电机检修职业技能试卷(221)
一、选择题（共 50 题，每题 1.0 分）：【1】当三相异步电动机负载减少时，其功率因数（）。
A．不变B．增髙C．降低D．与负载多少成反比【2】抽发电机转子过程中，若需要变更钢线绳位置时，（）。
A．允许短路时间将转子直接放在定子铁心上B．允许短路时间用护环做支撑C．不准将转子直接放在定子铁心上，严禁用护环作支撑面或使护环受力D．允许将转子直接放在定子铁心上且利用护环做支撑【3】对继电保护的基本要求包括可靠性、选择性、灵敏性和速动性。
其中，当电力系统发生故障时，只跳开离故障点最近的断路器，使停电范围最小，是指继电保护的（）。
A．可靠性B．选择性C．灵敏性D．速动性【4】在查找发电机转子绕组接地故障不稳定接地点时，可用不大于200V的交流电压加在绕组和本体之间，但加压时应串限流电阻使短路电流不超过（）A。
A．10~15B．50~65C．90~95D．95~105【5】为了保证频率合格，水轮发电机因转速慢，故转子极对数比汽轮发电机极对数（）。
A．少B．多C．相等D．不一定【6】直流发电机补偿绕组的作用是（）。
A．增加气隙磁场B．抵消电枢反应，保持端电压不变C．抵消极面下的电枢反应，消除电位差火花，防止产生环火D．补偿电枢反应去磁作用影响，保持励磁电流不变【7】发电机定子膛内照明灯必须是（）。
A．36V以下，无保护罩，带开关B．36V以下，且有保护罩，带开关C．36V以下，且有保护罩，不带开关D．220V以下，且有保护罩，带开关【8】设备对地电压在（）V以上者为高压，对地电压250V及以下者为低压。
A．220B．250C．380D．1000【9】大容量的异步电动机（）直接起动。
A．可以无条件的采用B．完全不能采用C．鼠笼式可以直接起动，绕线式不能D．在电动机的额定容量不超过电源变压器额定容量的20%~30%的条件下，可以钟，如仍无效，可将（）,重新磁化。
A．极性交换B．直流电源电压升至额定电压C．发电机转速提高D．更换并激绕组【11】两个电阻器件的额定功率不同，但额定电压相同，当它们并联在一个电压上时，则功率大的电阻器（）。
电机火花标准
电机国家标准GB755-87规定的火花等级如下表火花等级电刷下火花程度换向器及电刷状态1 无火花换向器上没有黑痕及电刷没有灼痕1—1/4 电刷边缘大部分有点状火花（约1/5至1/4刷边只有断续几点）1—1/2 电刷边缘大部分（大于1/2刷边）有连续的较稀的颗状火花换向器少年宫有黑痕，但不发展，用汽油擦其表面即能消失，同时在电刷表面有轻微灼痕2 电刷边缘全部或大部分有连续的，较密的颗粒火花，开始有断续的舌状火花换向器上有黑痕，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕，如短时出现这一火花，换向器上不出现灼痕，电刷不烧焦或损坏3 电刷整个边缘有强烈的舌状火花，伴与爆裂的声音换向器黑痕较严重，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。
如在这一火花等级下短时运行，则换向器将出现灼痕，同时电刷将被烧焦或损坏可以看出，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。
在上述火花等级标准中可以看出，1级和1—1/4级是无害火花，1—1/2级火花虽然在换向器和电刷表面产生轻微灼痕，但仍允许长期运行，不致造成对电机的威胁，2级火花的电弧能量较大，会造成对换向器和电刷的灼伤，只允许在过载时短时出现，3级火花是危险火花，它能导致环火事故，不允许经常出现。
关于换向火花允许等级，国内各制造厂和使用单位，通常规定如下；从空载到额定负载，换向火花应不大于1—1/2级；在最大工作过载时，换向火花不应大于2级，这种规定实际上是认为1—1/2级以下的火花为无害火花，因此允许电机长期连续运行，2级火花是有害火花，只允许在过载时短时出现，3级火花则是十分危险的，有可能导致环火，不允许经常出现。
当支流电机采用晶闸管供电时，换向火花通常会比电池或机组供电大一些，原因是晶闸管供电电动机火花中含有交流分量，用眼睛观察到火花亮度虽然大一些但是实际上其电弧能量较小。
电机检修技能鉴定题库(初级工)第018套
选择题【1】直流电机电刷下的正常火花，一般规定在额定负载时不应大于（ A ）级。
A．3/2B．2C．3D．4【2】并励直流发电机要自激建压必须满足三个条件，其中励磁回路电阻应（ C ）。
A．越小越好B．越大越好C．小于对应于一定转速的临界值D．大于对应于一定转速的临界值【3】在正弦交流电的一个周期内，随着时间变化而改变的是（ A ）。
A．瞬时值B．最大值C．有效值D．频率【4】异步电动机转子速度（ B ）定子磁场的速度。
A．相等B．低于C．高于D．有时高于，有时低于【5】当异步电动机的负载超重时，其起动转矩将（ D ）。
A．愈大B．愈小C．变化D．与负载轻重无关【6】在交流电路中，频率f和周期T的关系式是（ D ）。
A．T=2πtB．T=2π/ωtC．T=fD．T=1/f【7】氧乙块焊由于氧与乙炔混合比例不同，可产生三种性质不同的火焰，即中性焰、碳化焰、氧化焰，其中中性焰适合于焊接（ A ）。
A．-般低碳钢、不锈钢、紫铜和铝合金B．高碳钢C．黄铜D．铸铁【8】电感线圈在直流回路中相当于（ B ）。
A．阻抗B．短接C．开路D．电抗【9】直流电机为了消除环火而加装了补偿绕组，正确的安装方法是补偿绕组应与（ C ）。
A．励磁绕组串联B．励磁绕组并联C．电枢绕组串联D．电枢绕组并联B．铝焊C．银焊和磷铜焊D．任意选择【11】运行中的380V交流电机绝缘电阻应大于（ D ）MΩ方可使用。
A．3B．2C．1D．0.5【12】检查高压电动机和起动装置的继电器和仪表需将高压设备停电的，应（ A ）工作票。
A．填用第一种B．填用第二种C．由工作是否停电来决定填用哪种D．不填写【13】电压互感器严禁（ B ）。
A．开路运行B．短路运行C．带感性负荷运行D．带容性负荷运行【14】三相异步电动机与发电机的电枢磁场都是（ A ）。
A．旋转磁场B．脉振磁场C．波动磁场D．恒定磁场【15】3.6kV交流电动机的定子绕组端部各部位的最小对地绝缘距离，对于A级连续绝缘一般为（ C ）mm。
马达火花等级的判定
根据电刷下的火花程度和换向器及电刷的状态，换向火花等级按下表的规定分为5级
火花等级
电刷下的火花程度
换向器及电刷的状态
1
无火花
换向器上没有黑痕及电刷上没有灼痕
1.25
电刷边缘仅小部分(约1/5至1/4刷边长)有断续的几点点状火花
1.5
电刷边缘大部分(大于1/2刷边长)有连续的较稀的颗粒状火花
换向器上有黑痕,但不发展,用汽油擦其表面即能除去,同时在电刷上有轻微灼痕.
始有断续的舌状火花
换向器上黑痕,用汽油不能擦除,同时电刷上有灼痕.如短时出现这一级火花,换向器上不出现灼痕,电刷不烧焦或损坏
3
电刷整个边缘有强烈的舌状火花,伴有爆裂声音.
换向器上黑痕较严重,用汽油不能擦除,同时电刷上有灼痕,如在这一火花等级下短时运行,则换向器上将出现灼痕,同时电刷将被烧焦或损坏.
002直流电机质量标准
1 一般检查1.1 磁极线圈必须紧固。
1.2 接头接触必须良好，螺栓必须紧固，不得假焊、虚焊。
1.3 电枢绑扎应平整、圆滑，不得高于铁芯。
1.4 连接线和出口线截面积符合直流电机绕组嵌线工艺要求。
1.5 电机转动灵活，不得有别劲和相擦的地方。
1.6 刷架、刷盒安装及弹簧压力等应符合电刷与刷握检查及调整工艺规程规定，电刷与换向器表面接触面应大于75％。
1.7 出口线标记应齐全、准确。
1.8 电机外壳整洁、无油垢，各种标志齐全。
2 绝缘电阻2.1 新制全卷以及干燥后电机，其绝缘电阻不低于下式(1)计算之值：M Ω75＝1001000NN PU (1)式中： M Ω75--电机在工作温度为75℃时的绝缘电阻值,M Ω； U N --电机额定电压,V ； P N --电机额定容量,kw 或kVA 。
注：其他温度下测得的值，应换算到75℃时的电阻值，换算公式见交流电机质量标准附注。
2.2 其它部件绝缘电阻值见表1。
表 12.3 在厂内全卷电机的绝缘电阻2.3.1 额定电压在500V 以下者，其绝缘电阻值不得低于1.2条计算值的2倍。
2.3.2 额定电压在500V 以上者，其绝缘电阻值不得低于1.2条计算值的1.5倍。
2.4 交接和未干燥，运行中的500V 及以下的电机的绝缘电阻常温下绝缘电阻值不得低于0.5ΩM 。
直流电机质量标准3 直流电阻3.1 新制或全卷电机，串激、并激、他激和换向极绕组的电阻值3.1.1 与设计值或以前测得的数值比较不超过2％。
3.1.2 单个磁极线圈的电阻值最大与最小之差和平均值之比，不得超过5％。
3.2 电枢片间电阻片间电阻最大值或最小值与平均值之比，不得超过5％（但因电枢绕组均压线引起的误差例外）。
4 工频耐压试验4.1 额定电压在24V以上额定容量在3kW（ kVA）以上的不可逆电机（牵引电机可参照执行）。
4.1.1 新制或全卷的电机定子试验阶段和试验电压值。
4.1.1.1 主极线圈试验见表2。
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绝缘等级：
电机的绝缘等级就是绝缘材料耐温能力高低等级。
目前国内常用的绝缘等级为B、F、H级，耐热温度分别为130℃、155℃、180℃，
当电机长期处于最高允许温度之下时绝缘材料一般有15-20年寿命。
换向
电机的换向是一个复杂的物理和电化学过程，换向火花是直流电机换向不良的最明显的标志，轻微的火花不会对电机运行造成危害，但有害火花会破坏电刷和换向器的滑动接触，烧伤电刷镜面和氧化膜，使两者磨损剧增，造成换向恶性循环，构成对直流电机运行的威胁。
换向火花在实际是电刷和换向片脱离接触时换向元件中释放的电磁能量，根据换向火花的危害程度划分了换向火花的等级标准。
在日常应用中用两种方法来判别：1.火花特征 2.火花对换向器表面和电刷的损害程度
电机火花的允许等级：空载带额度换向火花不大于11/2级
最大过载时换向火花不大于2级
11/2级火花是无害火花，允许长期连续运行
2级火花是有害火花，只允许过载时出现
换向火花产生的因素很多，可归结为：
1.电磁原因---换向元件内的电抗电势和换向电势的合成不等于零，使
元件内的电磁能以火花的形式释放
2.机械原因---换向器工作面的状态不良，主要表现为：换向器凸片和
变形、电枢平衡不好、运行时振动、片间云母凸出、电刷材质及压
力不合适、电刷刷握间隙不合适、电刷刷握工作不良等
3.电机负载和周围环境---电机过载、冲击性负载、电流变化率过高、
湿度太低、有害气体、含尘量过高将造成氧化膜平衡破坏，无法保持正常的滑动接触而产生火花。
火花等级分类
电刷（导电滑动接触体）
D1---- 石墨基电化石墨电刷
D2----- 焦碳基电化石墨电刷
D3----- 焦碳基电化石墨电刷
M、N 表示浸有各类有机浸渍剂的符号
B------- 变型符号
接触压降一般：2—3.5V；摩擦系数：0.25；50小时磨损量：0.15mm；单位压力：200-400 g/cm；电流密度：10-12 A/cm
电刷常见故障。