对济钢第一炼钢厂Z4-160-31(18.5kW)直流电机的故障原因进行总结,认为环境温度过高、通风效果不理想、火花严重造成片间短路击穿烧毁、电机内部绕组的散热能力影响电机寿命、电机的定额问题、焊接升高片时所用锡剂中的Sn、Pb含量影响焊剂的熔点等是造成直流电机现场烧毁的主要因素。
1 环境温度过高
环境温度过高将造成励磁包热阻值增大,使励磁电流减小。而在输出功率不变的情况下,励磁电流减小,电枢绕组电流必然增大才能产生定量不变的输出功,电枢电流过大从而使绕组发热,造成甩锡、开焊或虚焊而烧毁电机。
2 通风情况
Z4系列F级绝缘最高允许温度155℃,但济钢第一炼钢厂的Z4-160-31(18.5kW)电机工作环境温度偏高（160℃左右）,而其绝缘不能超过最高允许温度,一超过这个温度,则绝缘材料的使用寿命将大大缩短,一般每超过8℃,寿命降低一半。这种规律称为8度法则。在这种情况下,通风是一个关键,目前系列电机采取强迫通风,且采取的是轴流式。从换向器方向往里强迫通风,那么换向器方向比另一头温度低,而且可以将换向器上的一些灰尘、碳粉吹去,为减少火花创造条件。然而通风机转向一变,换向器的温度便会比另一头要高一些。另外,从另一头通风至换向器,必然会带来一些粉尘或脏物在换向器上,便会很容易产生火花,从而影响电机寿命。
要很好的解决这一问题,必须对整个工作环境采取集中通风冷却,用大功率风机集中排风,与外界相联系,避免内部环境温度过高的情况,达到电机通风冷却的较理想效果。
3 火花严重造成短路
3.1 机械方面原因
3.1.1 电机过载 测定其电流过大即为过载。
3.1.2 电刷与换向器接触不良 (1)弹簧压力不合适：重新调整。(2)更换电刷时应考虑接触电阻,同时注意不要错换其他型号的电刷,电刷牌号必须一致。除考虑接触电阻外,还应考虑允许直流密度和最大速度。通常换向正常,电压在80～120V以上的直流电机常采用接触电阻较大的碳化石墨电刷;对于换向困难,电压在220V以上的直流电机,常采用接触电阻较小的金属石墨电刷。(3)换向器表面太脏：应用一定压力将灰尘及脏物吹去。(4)电刷与刷握间隙配合太紧或太松：太紧用砂布研磨,太松更换碳刷。(5)接触面太小或电刷方向反了：接触面积需大于75%。
3.1.3 刷握松动、电刷排列不成直线 电刷在运行中不成直线会影响换向。电刷位置偏差越大,火花越大。
3.1.4 电枢震动造成火花过大 (1)电枢与各磁极间的间隙不均匀,造成电枢绕组各支路内的电压不同,其内部产生的均压电流产生火花;(2)大修后转子绕组重下线电枢平衡被破坏,应校好动静平衡,或者检修时平衡块移动,造成平衡破坏;(3)轴承磨损造成气隙上部过大,下部过小;(4)联轴器(对轮)轴线找的不正确;(5)用皮带传动的电动机皮带过紧。
3.1.5 换向片间短路 (1)电刷粉末、换向器铜粉充满换向器沟槽内;(2)换向片间云母腐蚀;(3)修换向器时形成毛刷,没有及时清除。
3.1.6 电刷位置不在中性线上 由于修理过程中移动不当或刷架螺栓松动,造成电刷下火花无穷大。必须重新调整中性点。调整方法包括:(1)直接调整法;(2)感应法(常用);(3)正反转电机法。
3.1.7 换向器偏心 除制造原因外,主要是修理方法不当,直流电机运行时电刷下的火花损伤,灼痕严重,或高低不平。另外,换向器拧紧螺栓的压力松弛,可使换向器变形,使换向器外圆径向偏摆超过标准,或个别换向片突出或下陷。应首先拧紧换向器压环螺栓,车光换向器外圆,下刻换向片中间云母片。
3.1.8 换向器片间云母突出 对换向器片槽挖削时边缘云母片未能清除干净,待换向片磨损后,云母片便突出,造成跳火。
3.2 电磁原因
电刷产生火花的主要原因是延迟换向时,换向回路内存在附加换向电流iR,它使电刷下的电流密度变为不均匀,导致后刷也可能起火。
3.2.1 换向极磁场太强或太弱 (1)换向极磁场太强会出现以下症状:绿色火花,火花的位置在电刷与换向器的滑入端,换向器表面对称烧伤;对于电动机,可将电刷顺着旋转方向移动一个适当的角度。(2)换向极磁场太弱会出现以下症状:火花位置在电刷与换向器的滑入端,对电动机可以将电刷逆着旋转方向移动一个适当的角度。
实际上改变换向器匝数或调整换向极磁路中的气隙,可以改变换向区域磁场Br的强弱。通常采用调整机座与换向极之间的第二气隙来调整磁场Br,即加减垫于第二气隙内的非磁性垫片数目改变,第二气隙还可以减少换向极的漏磁通。
