直流电机的故障分析与维护.ppt
第3章 直流电机的故障分析与维护,3.1 直流电机换向故障分析与维护3.2 直流电机电枢绕组故障及维护3.3 直流电机主磁极绕组、换向绕组、补偿 绕组故障分析及处理 3.4 直流电机运行中的常见故障与处理3.5 直流电机故障实例分析,3.1 直流电机换向故障分析与维护,3.1.1直流电机换向不良的主要征象 1.换向火花状态 换向火花是衡量换向优劣的主要标准。2.换向器表面的状态 1)烧痕，在换向器表面一般会出现用汽油擦不掉的烧伤痕迹。2)节痕：节痕是指换向器表面出现有规律的变色或痕迹。3.电刷镜面状态 正常换向时.电刷与换向器的接触面是光亮平滑的.通常称为镜面。当电机换向不良时.电刷镜面会出现雾状、麻点和绕伤痕迹。,下一页,返回,3.1 直流电机换向故障分析与维护,3.1.2 直流电机换向故障原因及维护 1.机械原因及维护 1)电机振动 电机振动对换向的影响是由电枢振动的振幅和频率高低所决定的。当电枢向某一方向振动时.就会造成电刷与换向器的接触面压力波动.从而使电刷在换向器表面跳动.随着电机转速的增高.振动加剧.电刷在换向器表面跳动幅度就越大。电机的振动过大.主要是由于电枢两端的平衡块脱落.造成电枢的不平衡.或是在电枢绕组修理后末进行平衡校正引起的。一般来说.对低速运行的电机.电枢应进行静平衡校验;对高速运行的电机.电枢必须进行动平衡校验.所加平衡块必须牢靠地固定在电枢上。,上一页,下一页,返回,3.1 直流电机换向故障分析与维护,2)换向器 换向器是直流电机的关键部件.要求表面光洁圆整.没有局部变形。在换向良好的情况下.长期运转的换向器表面与电刷接触的部分将形成一层坚硬的揭色薄膜.这层薄膜有利于换向.并能减少换向器的磨损。当换向器因装配质量不良造成变形或换向片间百母凸出以及受到碰撞使个别换向片凸出或凹下.表面有撞击疤痕或毛刺时.电刷就不能在换向器上平稳地滑动.使火花增大。换向器表面粘有油腻污物也会使电刷因接触不良而产生火花。换向器表面如有污物.应用沾有酒精的抹布擦净。换向器表面出现不规则情况时.用与换向片表面吻合的木块垫上细玻璃砂纸来磨换向器.若还不能满足要求.则必须车削换向器的外圆。,上一页,下一页,返回,3.1 直流电机换向故障分析与维护,3)电刷 为保证电刷和换向器的良好接触.电刷表面至少要有3/4与换向器接触.电刷压力要保持均匀.电刷间压力相差不超过1000.以保证各电刷的接触电阻基本相当.从而使各电刷电流均衡。电刷弹簧压力不合适.电刷材料不符合要求.电刷型号不一致.电刷与刷盒之间的配合太紧或太松.电刷伸出盒太长.都会影响电刷的受力.产生有害火花。,上一页,下一页,返回,3.1 直流电机换向故障分析与维护,2.电气原因及维护 换向接触电势与电枢反应电势是直流电机换向不良的主要原因一般在电机设计与制造时都作了较好的补偿与处理.电刷通过换向器与几何中心线的兀件接触.使换向兀件不切割主磁场。但是由于维修后换向绕组、补偿绕组安装不准确.磁极、刷盒装配偏差.造成各磁极间距离相差太大、各磁极下的气隙不均匀、电刷中心对齐不好、电刷沿换向器圆周等分不均(一般电机电刷沿换向器圆周等分差不超过士0.5)。上述原因都可以增大电枢反应电势.从而使换向恶化.产生有害火花,上一页,下一页,返回,3.1 直流电机换向故障分析与维护,因此.在检修时.应使各个磁极、电刷安装合适.分配均匀。换向极绕组、补偿绕组安装正确.就能起到改善换向的作用。电刷中心位置测定一般有以下三种方法：感应法、正反转发电机法、正反转电动机法。,上一页,下一页,返回,3.1 直流电机换向故障分析与维护,3.其他影响及维护 电枢绕组的故障与电源不良等因素造成的幻想不良唱出现在一般中小型直流电机中。1)电枢元件断线或焊接不良 直流电机的电枢绕组是通过与相应换向片焊接相连的闭合回路.当元件转到电刷下时.电流就通过电刷接通.在离开电刷时也通过电刷断开.因而会在与电刷接触和断开的瞬间产生大量的火花.使短路元件两端的换向片灼黑，这时用电压表检测换向片间电压。,上一页,下一页,返回,3.1 直流电机换向故障分析与维护,2)电枢绕组短路 电枢绕组有短路现象时.电机的空载和负载电流增大.短路元件中产生了较大的交变电流.使电枢局部发热.甚至烧损绕组。在电枢绕组的个别处发生匝间短路时.破坏了并联支路电势的平衡.由短路元件中产生的交变环流会加剧换向恶化.使火花增大。电枢元件有一点短路.就会通过短路点形成短路回路.用电压表检测时.就会发现短路元件所接的两换向片之间电压为“0”或很小。,上一页,返回,下一页,3.1 直流电机换向故障分析与维护,3)电源对换向的影响 由于变流技术的进步.可变直流电源以其独特的效率高、控制维护方便等优点而快速发展.但这种电源带来的谐波电流和快速暂态变化对直流电动机有一定危害。电源中的交流成分会使直流电机换向恶化.而且还增加了电机的噪声、振动、损耗、发热。改善的基本方法:一般采用平波电抗器来滤波，减小谐波的影响。,返回,上一页,3.2 直流电机电枢绕组故障及维护,3.2.1直流电机过热及处理 当直流电机投人运行以后.整机温升超过规定标准.而无其他的运行反常现象.属于直流电机过热。长期过热会加速绝缘老化.缩短电机的使用寿命。对于设计、安装、维护等工艺上的缺陷而造成的过热.若不及时处理.则会造成过热加剧,故障扩大。所以对于整机过热也不能大意,要仔细观察、分析,找出原因.制订合理的处理办法.使电机恢复正常运行。造成整机均匀过热的原因可从以下几个方面考虑:电机的运行方式与电机设计方案不符,铁芯和线圈表面被纤维绒毛或灰尘覆盖.造成散热恶化;对于维修后重装的电机.当散热风扇叶片曲面方向与电机旋转方向相反时.会降低冷却效率.在额定或重载工作下.电机会过热;空气过滤器堵塞、油腻污染;工作环境恶劣;设计的电机通风管道口径太小，曲度太大、弯头太多等造成的通风散热不畅.,下一页,返回,3.2 直流电机电枢绕组故障及维护,针对具体的问题，作相应处理，对于在高温、高湿、通风不畅等恶劣环境下工作的电机要适当降低容量使用或采用强力通风方式来加强散热。对于设计参数不符合要求的要重新校核，重新选配拖动电机和运行方式，为了提高电机的使用效率，应尽可能地使电机调速性质与负载性质一致。对于专用的电机通风路道堵塞，可采用压缩空气机吹扫清洁，在对电机绕组等结构部件进行吹风清洁时，要避免伤及电机绝缘。随时保持电机的环境清洁.通风流畅。对于编织物过滤器.可用吸尘器清除污染物.对于喷油空气过滤器.先用汽油清洗.然后用热碱水清洗.再充以新油待用。,上一页,下一页,返回,3.2 直流电机电枢绕组故障及维护,3.2.2电枢绕组短路故障的分析与处理 电枢绕组由于短路故障而烧毁时一般打开电机通过直接观察就可以找到烧焦的故障点.为了准确.除了用短路测试器检查外.还可以通过图3一1所示简易方法进行确定。电枢绕组短路的原因.往往是由于绝缘老化、机械磨损使同槽绕圈间的匝间短路或上下层之间的层间短路。对于使用时间不长.绝缘并末老化的电机.当只有一两个线圈有短路时.可以切断短路线圈.在两个换向片接线处接以跨接线.作应急使用.如图3一2所示。若短路绕圈过多.则应送电机修理厂重绕.,上一页,下一页,返回,3.2 直流电机电枢绕组故障及维护,3.2.3电枢绕组断路及处理 电枢绕组断路的原因多是由于换向片与导线接头焊接不良.或由于电机的振动过大而造成脱焊.个别也有内部断线的.这时明显的故障现象是电刷下产生较大火花。具体要确定是哪一线圈断路.检测方法如图3一3所示。,上一页,下一页,返回,3.2 直流电机电枢绕组故障及维护,3.2.4电枢绕组短接及处理 电枢绕组接地的原因.多数是由于槽绝缘及绕组相间绝缘损坏.导体与硅钢片碰接所致.也有换向片接地一般击穿点出现在槽口、换向片内和绕组端部。检测电枢绕组是否接地的方法是比较简单的.通常采用试验灯进行检测。先将电枢取出放在支架上.再将电源线串接一个灯泡一端接在换向片上.另一端接在轴上.如图3一4(a)所示.若灯泡发亮.说明电枢线圈有接地。若要确定是哪槽线圈接地.还要用毫伏表来测定.如图3一4(b)所示。先将电源、灯串接.然后一端接换向器.另一端与轴相接.由于电枢绕组与轴形成短路.所以灯是亮的.将毫伏表的一个端接在轴上.另一端与换向片依次接触.毫伏表跨接的线圈是完好的.则毫伏表指针要摆动.若是接地的故障线圈.则指针不动。,上一页,返回,3.3 直流电机主磁极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理,3.3.1主磁极绕组故障分析 1.主磁极绕组短路故障分析 造成主磁极绕组线圈短路的主要原因是由于绝缘老化.工作环境恶劣.灰尘特别是金属粉尘沉积绕组表面.使电机绝缘等级降低;另外.也有运行过程中的机械磨损等原因。应急处理方式:仔细检查.寻找出短路线圈.若只存在于表面.而且匝数少.可作适当的修复处理.若损坏严重.则要更换。,下一页,返回,3.3 直流电机主磁极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理,2.主磁极绕组断路故障分析 直流电机在整个运行过程中.是决不允许励磁断路的.否则将造成“飞车”重大事故。其断路故障大都出在操作控制失误等情况下。3.并、串主磁绕组的连接故障分析 并励直流电机正确接线如图3一5所示。,上一页,下一页,返回,3.3 直流电机主磁极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理,复励磁线圈包含并励磁线圈与串励磁线圈.其并励磁线圈并联于电枢电源上.串励磁线圈则与电枢绕组串联。对于直流发电机.积复励磁主要补偿由于负载变化引起的电枢磁场的去磁作用.基本保持气隙磁场的稳定.使输出电压稳定。对于直流电动机.积复励磁的主要作用是使其机械特性变“软”.以适应重负载低速的运行要求。若将串励磁线圈接反(并励磁场不变).则补偿方式就也就与要求相反。对于直流发电机.由于负载越大电流越大磁通越小电枢电势越小输出电压越低输出越不稳定。直流电动机.带负载运行磁通越小电枢反电势越小电流越大输人功率增大损耗与输出功率增加.由功率平衡关系可知.其机械特性会“上翘”.使运行不稳定.无法正常工作。,上一页,返回,下一页,3.3 直流电机主磁极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理,4.主磁极绕组线圈方向接错故障分析 主磁极并励磁线圈通电方向决定了磁场的极性.多采用顺向串联后接人电枢电源。当其方向接错.其磁极排列也就错了.这类故障主要是拆卸电机时末作好详细记录.重装时出错。要避免此故障的出现.在拆卸电机时应作好记录.标好进出端口;安装好以后.要通励磁电流.用指南钊检测其极性排列是否正确，一旦出错，必须拆除重新连接。,下一页,返回,上一页,3.3 直流电机主磁极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理,3.3.2换向极绕组与换向补偿绕组故障分析 1.换向极绕组连接故障分析 换向极绕组正确连接如图3一6所示。换向极绕组的连接故障有以下两种情况。其一是双极性接反，这会使得换向磁场与电枢反应磁场相互叠加后不是抵消削弱。而是增强，使得换向更加恶化，换向火花明显加剧，形成明显的环火。特别是随着负载的增加.火花更强烈.各极电刷出现均匀灼痕。其二是部分换向极线圈接反.会出现火花分布不匀.极性接反的电刷下火花增大.烧伤也较严重。以上两种情况只要沿绕线方向通少量直流电流作极性测试.就能确定其极性。正确的排列顺序如图3一7所示。,上一页,下一页,返回,3.3 直流电机主磁极绕组、换向绕组、补偿绕组故障分析及处理,2.补偿绕组的连接故障分析 直流电机中的补偿绕组主要是与电枢绕组相串联的.安装在主磁极的极靴槽内.如图3一8所示。受电枢反应磁势的影响.气隙磁场发生畸变.特别是随负载的增大.畸变程度越严重。增加换向片间的电压.会导致换向火花的增大。补偿绕组的作用.是使其产生的磁势方向与电枢反应磁势的方向相反.抵消电枢反应磁势的影响.削弱或消除气隙磁场的畸变.减小换向火花。,上一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,自励直流发电机不能建立起端压 直流发电机是依靠自身的剩磁来完成发电励磁发电的自激过程.最后输出额定电压。造成运行后无端压输出的主要原因可从以下几方面考虑。1.故障原因(1)无剩磁。自励直流发电机发不出剩磁电压.故形不成自激过程.所以无法建立起端电压。(2)自励直流发电机励磁的方向与剩磁方向相反。自励直流发电机使励磁变成了退磁、消失.致使发不出电.无电压输出。(3)励磁回路电阻过大.超过了临界电阻值。,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,2.处理方法(1)检查励磁电位器.将其电阻值调到最小;(2)若有端压建立.就检测剩磁（可用指南针测试）;(3)若有剩磁存在.则改变励磁绕组与电枢的并联端线.若无剩磁.则先用直流电源给励磁绕组充磁.再投人运行即可。,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,直流电动机通电后不能启动 直流电动机启动必需足够的启动转矩(要大于启动时的静阻转矩).而提供启动转矩必须有两个基本条件:一是要有足够的电磁场;二是要有足够的电枢电流。对于其不能启动故障也应以此为核心进行检测、分析、试验。1.故障原因分析(1)电枢回路断路.无电枢电流.所以无启动转矩.无法启动.故障点多在电枢回路的控制开关、保护电器及电枢线圈与换向极、补偿磁极的接头处;(2)励磁回路断路.励磁电阻过大.励磁线接地.励磁绕组维修后空气隙增大.这些磁场故障会造成缺磁、磁场削弱.故无启动转矩或启动转矩太小.无法启动;,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,(3)启动时的负载转矩过大.启动时的电磁转矩小于静阻转矩;(4)电枢绕组匝间短路.启动转矩不足;(5)电刷严重错位;(6)电刷研磨不良，压力过大;(7)电动机负荷过重。,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,2.处理方法(1)对于电枢断路、励磁回路断路。分别沿两个回路查找断路点.更换故障开关.修复断点;(2)查找短路点.局部修理或更换;(3)电枢启动电阻、励磁启动电阻重新调整(电枢电阻调大.励磁电阻调小);(4)调整电刷位置到几何中心线.精细研磨电刷.测试调整电刷压力到正确值;(5)对于脱焊点应重新焊接;(6)若负载过重则应减轻负载启动.,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,电枢冒烟 电枢胃烟主要由电枢电流过大.电枢绕组绝缘发热损坏所致。1.故障原因(1)长时期过载运行;(2)换向器或电枢短路;(3)发电机负载超重;(4)电动机端压过低;(5)电动机直接启动或反向运转频繁;(6)定、转子铁芯相擦.,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,2.处理方法(1)恢复正常负载;(2)用毫伏表检测是否短路.是否有金属屑落人换向器或电枢绕组;(3)检查负载线路是否短路;(4)恢复电压正常值;避免频繁反复运行;(5)检查电气隙是否均匀.轴承是否磨损。,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,3.4.4直流电动机温度过高 直流电动机温度的升高是由于损耗增大的结果.主要有电磁方面的损耗与机械方面的损耗。1.故障原因(1)电源电压过高或过低;(2)励磁电流过大或过小;(3)电枢绕组匝间短路;(4)励磁绕组匝间短路;(5)气隙偏心;(6)铁芯短路;(7)定、转子铁芯相擦;(8)通风道不畅.散热不良。,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,2.处理方法(1)调整电源电压至标准值;(2)查找励磁电流过大或过小的原因.进行相应的处理;(3)查找短路点局部修复或更换绕组;(4)调整气隙;(5)修复或更换铁芯;(6)校正转轴.更换轴承;(7)疏通风道.改善工作环境。,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,3.4.5 电刷下火花过大 电刷下火花过大主要有电磁方面的原因.机械、电化学、维护等方面的原因也不能忽略。1.故障原因(1)电刷不在几何中心线上;(2)电刷与换向器接触不良;(3)刷握松动或装置不正;(4)电刷与刷握装配过紧;(5)电刷压力大小不当或不匀;(6)换向器表面不光洁、不圆或有污垢;(7)换向片间云母凸出;(8)电刷磨损过度.或所用型号及尺寸与技术要求不符;(9)过载时换向极饱和或负载剧烈波动;,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,(10)换问极绕组恕路;(11)电枢过热.电枢绕组的接头片与换向器脱焊;(12)检修时将换向片绕组接反;(13)刷架位置不均匀.引起的电刷间的电流分布不均匀.转子平衡末校正。2.处理方法(1)调整电刷位置;(2)研磨电刷接触面.并在轻载下运行半小时;(3)紧固或纠正刷握位置;(4)调整刷握弹簧压力或换刷握;,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,(5)洁净或研磨换向器表面;(6)换向器刻槽、倒角、再研磨;(7)按制造厂原用牌号更换电刷;(8)恢复正常负载;(9)紧固底脚螺栓.防止振动;(10)检查换向极绕组.修复损坏的绝缘层;(11)查明换向片脱焊位置并修复;(12)用指南针检查主磁极与换向极的极性.纠正接线;(13)调整刷架位置.等分均匀;(14)重校转子动平衡。,上一页,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,3.4.6 机壳漏电 机壳漏电使表面绝缘等级降低.电枢、励磁线路中有短路存在。1.故障原因(1)运行环境恶劣.电机受潮.绝缘电阻降低;(2)电源引出接头碰壳;(3)出线板、绕组绝缘损坏;(4)接地装置不良。2.处理方法(1)测量绕组对地绝缘.(2)重新包扎接头.修复绝缘;(3)检测接地电阻是否符合规定.规范接地。,上一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,故障实例分析一 故障现象:一台Z550直流电动机.带刨床工作十几分钟后出现过热现象。1.故障分析与检测 1)检阅技术资料 参看随机说明书.该直流电动机额定容量为16.2kW.额定电压为220 V.电流为86 A.额定转速为1 200 r/min。电枢绕组为混合式绕组。2)故障询问 用户反应.该电动机因电枢绕组烧坏.更换绕组后出现上述故障现象。根据上述情况.分析过热故障原因。,下一页,返回,3.4 直流电机运行中的常见故障与处理,3)检测 经检测.机械传动良好.经测量.绕组对地绝缘正确。刨床工作几分钟后.用手触摸壳体发烫.风扇运行正常。经测试.当刨床缓慢前进时.电机电枢电压为60 V.电枢电流为120 A.正常时电枢电流为30 A;当刨床工作台反向快速移动时.电枢电压为220 V.电枢电流为200 A.随后降至260 A.正常电枢电流为25 A。显然发热故障为电枢电流过大所致。拆下电枢检查.在换向器上外加直流电压.用毫伏表测换向片间电压.结果正常。对定子励磁绕组检测.励磁电流正常。用指南钊对主磁极校对极性.发现所换励磁绕组极性不对.四个磁极出现了三个同极性一个异极性。2.故障处理 拆下主磁极连接端子.按NS N S正确关系重新连接.校对正确后.重新装机运行正常。,上一页,下一页,返回,3.5 直流电机故障实例分析,3.5.2故障实例分析二 故障现象:电吹风上的小型直流电机.必须用手拧动转轴.才能启动.但转动无力。1.故障分析与检测 1)原理分析 由单相线圈组成的直流电机只有两个换向器.在转动过程中存在一个“死区”位置。所以.一般这种直流小型电机中至少要有三个换向器铜片.故线圈也增加为三组.线圈头分别与三个换向片压在一起.当其中任何点接触不良或换向片脱落时.相当于两个换向片.在启动时.若处于死区.则无启动转矩.故不转动.只要外部用力.使其偏离死区.就转起来了.于是出现上述故障。,上一页,下一页,返回,3.5 直流电机故障实例分析,2)检测 拆下电机，用万用表检测三个换向片.正常情况下.是两两接通的.若一个与另外两个不通或电阻增大.说明故障点在此。故障为换向片与线圈脱焊或严重接触不良.使电枢电流减小.电磁转矩减小.故无法启动并伴有运行无力。2.故障处理 处理方法:对于线圈接触不良.将线圈重新接好即可;对于换向片脱落.可用绝缘导线将其拉紧到原处.也可用强力胶水粘贴。,上一页,返回,图3一1 电枢短路检测,返回,图3一2 电枢线圈的短接,返回,图3一3 电枢线圈断路检测,返回,图3一4 电枢绕组接地检查,返回,图3一5 直流电动机接线的三种表示,返回,图3一6 换向绕组的连接,返回,图3一7 换向极的排列,返回,图3一8 补偿绕组的连接,返回,
