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摘 要：直流电机这种设备具有复杂的结构，在整个设备中需要消耗大量的有色金属，所以不仅生产成本高昂，同时维护起来也相当复杂。但是这种设备调速性能良好，加之起动转矩和过载能力较强，所以在很多电力机械当中的应用都是非常广泛的。在直流電机中，换向器是其中比较重要的部件，作用是直接可将直流电流转换为交变电流，也是查看整个机械设备是否存在故障的重要途径。本文针对直流电机内的换向器故障情况进行了分析和探讨，并且总结了一些可行的维修维护对策，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。
关键词：换向器；换向故障；解决方案；维护
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。这种情况一般是在使用过程出现，有的因振动，刷杆、刷握移位；有的中型电机因为换底排碳刷不方便，转动电机刷盘方式更换，复位不准所至，以及维修后没效准所致。对中性线不准的电机，换向性能极差，偏心严重等。
处理方式：重效中性线。
2.2 机械缺陷
滑动接触不稳定，换向器变形，电机的振动或外来的机械冲击引起电刷下火花都称为机械火花。
（1）换向器变形导致换向不良
换向器整体变形的情况，由圆型变为了椭圆型，有的是局部换向片突出。特别是新电机，由于换向器加工制造质量差所致，电机承受转动惯量和换向器受热后变型，或者换向器紧固螺丝松动所致，对这种原因引起的火花，采用换碳刷，调刷握，清洁或者打磨表面，清理槽间灰尘及金属粉沫等技术措施，效果不佳。处理方式：电机下线，上车床车屑换向器表面，紧固换向器螺丝。
（2）换向器升高片断排
这种故障在公司一台1350kW的电机出现几次，该电机运行电流大，换向器温度高，机械振动，电机制造工艺缺陷等，导致升高片脱焊或断条。处理方式：更换冷却包，降低电机温度，降低电流限幅值来改变电机运行性能。更主要的是对升高片进行特殊处理：每片用胶木棒包以羊毛粘绑定，然后用树脂胶加以粘合固定，以增强升高片抗振强度。
3 关于直流电机中换向器的检修
3.1 换向器检查要点
（1）首先确定碳刷长度，并且确定碳刷是否出现偏移，并积极清洁刷干以及绝缘子。（2）保证换向器表面清洁，定期吹净表面灰尘，之后用不了擦拭干净，如果发现油污，则立即用酒精擦净。（3）查看换向器表面氧化情况，正常情况下可反射出不同光泽。表面要保证无磨损、无挤铜、有倒角，云母槽深度约为1.5mm、保证其中无积灰。（4）在测温上，为了提高效率，可以使用红外测温设备，发现温度异常立即停机检修。
3.2 设备的打磨
换向器一旦出现了故障，就会直接导致换向器表面状态的不断恶化，也会让火花越来越大，为了去除表面的灼伤痕迹，就需要我门积极打磨换向器表面。在打磨工具的选择上，应该首选NO.0以及NO.00砂纸；其次为了保证打磨效果，要保证电机设备在额定转速20%的运行状态下打磨；在打磨过程中，可以将砂纸卡在木制瓦上，也要保证木制瓦的弧面能够完全贴合于换向器的弧面；为避免影响到设备外壳的厚度，也不能完全露出铜色，严格控制打磨时间；在打磨完毕后，就要立即清理换向器，先用毛刷将表面和槽内的碎屑扫干净，在吹扫完毕之后使用白色纱布来对表面进行清洁。
3.3 换向器的车削
当换向器表面出现严重烧伤或沟槽，以及当换向器有较大的偏心或凸片等缺陷时，需要车削换向器表面处理。具体要求如下：（1）若换向器是因松动而变形，则应在100℃左右先旋紧换向器压紧螺帽后再进行车削；（2）在升高片和无纬带处用塑料胶带将换向器与电枢隔离，以免车削时铜屑入电机内部造成短路；（3）车削最好在车床上进行，切削速度在120m/min～200m/min，进刀量0.1mm～0.3mm。车削时要使电机无轴向移动；（4）车削完后，要对换向器重新进行拉槽及倒角工作。倒角应光滑无毛刺；（5）用砂纸把换向器表面略加打光，清理结束后，把铜墙铁壁屑、云母屑吹净并揩清洁；（6）测量换向片片间电压，其值应基本相等；（7）为了建立起初步的氧化膜，应先在低负载或接近满负载电流下稳定运行数小时至几十小时。
4 结束语
在整个直流电机当中，换向器作为一个重要结构需要我们进行重点养护，同时这也是最容易出现问题的部位，如果想要保证好直流电机的运行情况、维持正常使用年限，那么换向器的正常工作就非常重要。在实际工作开展的过程中，我们也要重视经验的积累总结，及时发现问题才能及时处理，保证设备的正常运行，让其发挥应有的效用。本文针对直流电机内的换向器故障情况进行了分析和探讨，并且总结了一些可行的维修维护对策，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。
参考文献
[1]莫桂玲.拖拉机电器设备中直流发电机的拆卸与故障分析[J].农机使用与维修，2016（7）：59-60.
[2]陶乃军.论直流电动机换向器打火原因分析及处理[J].科学与财富，2017（10）.
[3]车壮.直流电动机故障检测研究[J].中国新技术新产品，2016（5）：73-74.
[4]楚连伟，张自立.直流电机换向火花原因分析及处理[J].工程技术：引文版，2016（11）：00130-00130.
关键词：换向器；换向故障；解决方案；维护
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。这种情况一般是在使用过程出现，有的因振动，刷杆、刷握移位；有的中型电机因为换底排碳刷不方便，转动电机刷盘方式更换，复位不准所至，以及维修后没效准所致。对中性线不准的电机，换向性能极差，偏心严重等。
处理方式：重效中性线。
2.2 机械缺陷
滑动接触不稳定，换向器变形，电机的振动或外来的机械冲击引起电刷下火花都称为机械火花。
（1）换向器变形导致换向不良
换向器整体变形的情况，由圆型变为了椭圆型，有的是局部换向片突出。特别是新电机，由于换向器加工制造质量差所致，电机承受转动惯量和换向器受热后变型，或者换向器紧固螺丝松动所致，对这种原因引起的火花，采用换碳刷，调刷握，清洁或者打磨表面，清理槽间灰尘及金属粉沫等技术措施，效果不佳。处理方式：电机下线，上车床车屑换向器表面，紧固换向器螺丝。
（2）换向器升高片断排
这种故障在公司一台1350kW的电机出现几次，该电机运行电流大，换向器温度高，机械振动，电机制造工艺缺陷等，导致升高片脱焊或断条。处理方式：更换冷却包，降低电机温度，降低电流限幅值来改变电机运行性能。更主要的是对升高片进行特殊处理：每片用胶木棒包以羊毛粘绑定，然后用树脂胶加以粘合固定，以增强升高片抗振强度。
3 关于直流电机中换向器的检修
3.1 换向器检查要点
（1）首先确定碳刷长度，并且确定碳刷是否出现偏移，并积极清洁刷干以及绝缘子。（2）保证换向器表面清洁，定期吹净表面灰尘，之后用不了擦拭干净，如果发现油污，则立即用酒精擦净。（3）查看换向器表面氧化情况，正常情况下可反射出不同光泽。表面要保证无磨损、无挤铜、有倒角，云母槽深度约为1.5mm、保证其中无积灰。（4）在测温上，为了提高效率，可以使用红外测温设备，发现温度异常立即停机检修。
3.2 设备的打磨
换向器一旦出现了故障，就会直接导致换向器表面状态的不断恶化，也会让火花越来越大，为了去除表面的灼伤痕迹，就需要我门积极打磨换向器表面。在打磨工具的选择上，应该首选NO.0以及NO.00砂纸；其次为了保证打磨效果，要保证电机设备在额定转速20%的运行状态下打磨；在打磨过程中，可以将砂纸卡在木制瓦上，也要保证木制瓦的弧面能够完全贴合于换向器的弧面；为避免影响到设备外壳的厚度，也不能完全露出铜色，严格控制打磨时间；在打磨完毕后，就要立即清理换向器，先用毛刷将表面和槽内的碎屑扫干净，在吹扫完毕之后使用白色纱布来对表面进行清洁。
3.3 换向器的车削
当换向器表面出现严重烧伤或沟槽，以及当换向器有较大的偏心或凸片等缺陷时，需要车削换向器表面处理。具体要求如下：（1）若换向器是因松动而变形，则应在100℃左右先旋紧换向器压紧螺帽后再进行车削；（2）在升高片和无纬带处用塑料胶带将换向器与电枢隔离，以免车削时铜屑入电机内部造成短路；（3）车削最好在车床上进行，切削速度在120m/min～200m/min，进刀量0.1mm～0.3mm。车削时要使电机无轴向移动；（4）车削完后，要对换向器重新进行拉槽及倒角工作。倒角应光滑无毛刺；（5）用砂纸把换向器表面略加打光，清理结束后，把铜墙铁壁屑、云母屑吹净并揩清洁；（6）测量换向片片间电压，其值应基本相等；（7）为了建立起初步的氧化膜，应先在低负载或接近满负载电流下稳定运行数小时至几十小时。
4 结束语
在整个直流电机当中，换向器作为一个重要结构需要我们进行重点养护，同时这也是最容易出现问题的部位，如果想要保证好直流电机的运行情况、维持正常使用年限，那么换向器的正常工作就非常重要。在实际工作开展的过程中，我们也要重视经验的积累总结，及时发现问题才能及时处理，保证设备的正常运行，让其发挥应有的效用。本文针对直流电机内的换向器故障情况进行了分析和探讨，并且总结了一些可行的维修维护对策，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。
参考文献
[1]莫桂玲.拖拉机电器设备中直流发电机的拆卸与故障分析[J].农机使用与维修，2016（7）：59-60.
[2]陶乃军.论直流电动机换向器打火原因分析及处理[J].科学与财富，2017（10）.
[3]车壮.直流电动机故障检测研究[J].中国新技术新产品，2016（5）：73-74.
[4]楚连伟，张自立.直流电机换向火花原因分析及处理[J].工程技术：引文版，2016（11）：00130-00130.