摘要：当前直流电机被广泛使用，在运行过程中会存在诸多故障，并且随着市场竞争的日趋激烈，企业为提高产量以及降低成本，需要减少电机的故障时间，因此必须加强对直流电机的故障诊断及其运行维护进行分析。本文首先阐述了直流电机的工作原理，接着分析了直流电机常见故障诊断的分析，最后对直流电机的运行维护进行了探讨。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。
关键词：直流电机；工作原理；故障诊断；运行维护
引言
随着科学技术的不断提升，异步电动机由于其结构简单，运行可靠，成本低廉，便于维护等特点正在逐步取代直流电动机，但是由于国内的大功率低转动惯量异步电机的制造还不是很成熟，因直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，故在轧钢生产中的大功率低转动惯量的飞剪电机基本还是由直流电机所占有。
1 直流电机的工作原理
直流电机是指能将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能的旋转电机。其能实现直流电能和机械能互相转换的电机，当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。其主要优点表现在:可以满足各种生产过程中的自动化系统和具有不同运行特点的要求，具有实现频繁的无级快速起动、反转和制动;具有优良的调速功能，调速平滑、操作方便;直流电机用途广泛，其广泛运用于矿山行业、化工行业等;负载能力大，可以承受频繁的冲击负载;机型种类也较多，具体包括多尘埃及金属切削的Z02系列、使用于恒速或调速范围的Z2系列和Z3系列、用于船舶恒速电力拖动系统的Z2C:系列以及适用于静止整流电源供电的Z4系列、用于削弱磁场向上恒功率的ZT2系列和采用全封闭结构的ZBL4和ZLZ4系列等。由此可知，Z系列的直流电动机有强迫通风结构、管道通风结构和空水冷结构，主要用于普通工业和传动金属轧机及其辅助机械。
2 直流电机常见故障诊断的分析
2.1 定子绕组故障诊断
2.1.1 定子绕组接地
首先用兆欧表检查绕组绝缘电阻，以区分存在接地或绝缘受潮，如接地则对半查找，直至找到故障绕组。当查到故障绕组后，在无法确定短路点位置时，可用交流试灯进行检查。发生放电声、电火花成烟雾处即为短路点。
2.1.2 匝间短路
励磁、换向极绕组有无匝间短路，常用直流压降法检查，将工频交流电通过调压器再整流后加到励磁绕组或换向极端上，然后用直流电压表分别测量每个励磁绕组或换向极上的直流压降。
2.2 整机检查项目
具体如下：第一，定转子绝缘电阻检查。第二，空转检查各部分温升，如换向器温度过高，则应适当调低弹簧压力。第三，碳刷接触面以上及碳刷在刷握中的灵活程度检查。第四，氧化膜形成情况检查，如果是换向困难的电机还需人工制造氧化膜。第五，轴承的温度及有无漏油现象检查。
2.3 外观故障诊断
2.3.1 氧化膜的检查
如果电机出现故障时换向器氧化膜较好，则一般认为是电枢或定子瞬间接地，引起电机故障，或是换向器火花过大，甚至环火引发的故障。
2.3.2 电刷、刷握、刷杆的检查
主要检查刷握固定是否牢固，位置是否正确，电刷在刷盒内是否滑动自如，间隙是否适当，各刷握弹簧压力是否均匀。
2.3.3 电刷触面的检查
电刷接触面的作用是通过电枢电流，要求并检查接触面是否达到以上。
2.3.4 定转子绕组
检查定转子绕组的外表是否变黑，如发黑必须确定是由于换向火花引起的，还是绕组本身故障引起的。
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3 直流电机的运行维护
3.1 直流电机的冷却及内部碳粉堆积、尘土问题的解决
3.1.1 冷却器的选择
由于直流飞剪电机属于启停式电机，不是长时间运转，故电机整体发热量较小。电机生产厂在考虑成本的时候，生产电机一般都是配备风冷却器，降低电机的整体成本从而增加竞争力，但是由于生产现场的环境问题，实际上原厂的风冷却器并不适用于轧钢厂的环境，故使用密闭空间的水冷却器是保证电机温度及减少外部尘土进入电机的有效措施。
3.1.2 电机内部清理
建议将电机前后两端观察口改为有机玻璃封板，便于观察电机内部的情况，根据现场使用的实际情况，定期用吸尘器对电机内部进行除尘及用工业酒精擦拭。
3.2 直流电机电阻及电抗
直流电机到厂后一定要求生产厂家提供电机参数，尤其是电机电阻及电抗（包括励磁及电枢），因为现在许多轧钢企业本身不具备修理电机的条件，电动机多数是外委维修，现在修理厂之间竞争激烈，导致修理电机质量参差不齐，修理后电机如果没有原始参数对比，会发生电机的磁通减小等状况，导致电机使用出现问题。
3.3 直流电机的换向系统状态及要求
直流电机的换向故障是直流电机的常见故障，换向不好不但影响直流电机的正常工作，有时还会引起重大的电机事故，造成较大的经济损失。
3.3.1 换向器表面状态
换向器表面应该是平滑、光亮、无任何明显磨损，换向片倒角合适，用类似帆布进行擦拭时无明显突兀点，换向片间距整齐排列。使用后电机换向器表面会有电刷留下整齐的偏白色的条痕，无碳刷的地方无明显烧伤痕迹。
3.3.2 直流电机电刷要求
电刷装入刷握内要保证能够上下自由移动，电刷侧面与刷握内壁的间隙应在0.1-0.3毫米之间，以免电刷卡在刷握中因应间隙过大而产生摆动。刷握下端边缘距换向器表面的距离应保证在2-3毫米范围内，其距离过小，电机振动电刷握易触伤换向刷；过大，电刷易颠动而导致损坏。电刷使用前应进行研磨，要与换向器表面尽可能的贴合，有条件可以利用电机空转进行进一步磨合，检查基本吻合后再进行正常使用。施于电刷上的弹簧压力应尽可能均一，尤其是并联使用的电刷，否则将导致各电刷负荷的不均，建议有新的刷握备件，用手感受弹簧的力，保证使用的刷握都具有接近的压力。根据每种电刷的要求，电刷磨去原高度2/3或1/2就需更换新的电刷。更换新电刷时，旧的电刷应全部从电机上取下，更换的新电刷在型号、规格上应和原用电刷相同。同一台电机的换向器不允许混用两种或两种以上型号的电刷，防止出现火花。
3.4 直流电机产生火花的分析
直流电机电刷和换向器属于滑动接触，一般直流电机产生火花大部分是由于换向器及碳刷的安装及装配质量导致其产生火花，或者是由于电机振动较大产生火花。如果实际检查中发现安装质量没有问题，电机震动也不大，就要在以下几方面进行检查：首先测量电机的磁力中心线，一般都存在于电机修理后或者电机抽芯后产生。其次眼观火花并不是环火，而是出现在某些换向片区域的，这要注意电枢绕组的短路或者断路，如果火花不大，可以自行紧急处理，如果测量发现多片已经短路或者断路，建议立即下线维修，防止故障扩大化。最后也可能是由于电枢内部接线接错，导致产生火花，当线接错后，测量电阻及电感会有明显变化。
结语
直流电机运行常见故障是复杂的，在实际运行中，往往一个故障现象与多个因素有关，只有在实践中认真总结经验，仔细观察、检测、诊断、分析，方能找到准确的原因，做出正确的处理方案，起到事半功倍的效果。
参考文献
[1]张星宇，冯能莲，邹广才.一种无刷直流电机故障诊断及容错控制策略[J].微电机.2017(10).
[2]王帅，熊官送，曹东海.一种可容错的无刷直流电机驱动控制方法[J].导航定位与授时.2018(03).
[3]姬淼鑫.无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制[D].郑州大学2018.
[4]杨欣荣，蒋林，王婧林.基于小波变换的无刷直流电机逆变器故障诊断 [J].电测与仪表，2017，4（5）.
论文作者:刘业平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/8
标签：直流电机论文; 电刷论文; 电机论文; 绕组论文; 换向器论文; 火花论文; 电枢论文; 《基层建设》2019年第22期论文;