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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。
在上述火花等级标准中可以看出,1级和11/4级火花是无害火花,11/2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,是有害火花,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。
当直流电机采用晶闸管供电时,换向火花通常会比电池或机组大一些,原因是晶闸管供电电动机火花是含有交流分量,用眼睛观察到的火花亮度虽然大一些,但是实际上其电弧能量较小。
二、氧化膜
氧化膜形成和性质
直流电动机在运行过程建立起的氧化膜,是滑动接触中的一个重要因素,在换向器表面形成有光泽而且颜色均匀的氧化膜,是良好换向的前提。
氧化膜的形成主要是由于电刷和换向器之间滑动接触所发生的电化学过程。在大气中普遍存在水蒸气,电刷和换向器亦都覆盖一层极薄水膜,当电机运行时,电刷和换向器械之间电流通过并发生接触传导时,分别成为两个电极。当换向片是阳极时,水电解的氧离子趋向阳极,使铜被氧化成氧化铜和氧化亚铜。同时因机械和电气磨墨结晶不断堆积在铜表面,形成了厚度约为4~50㎜的氧化膜。其表面又吸附了氧气和水气,形成一水膜。因此,氧化膜成分中,包含有氧化铜、氧化亚铜、石墨、碳粒