直流幅压无触点启动器的技术研究

杨峰权 刘正海 祝义华 陈海涛 杜波 童敏杰 周凯

摘 要：随着科技进步，直流幅压无触点启动器在由蓄电池供电的直流电源体系中得到了广泛的应用。有触点启动器修理比较直观，便于分析故障，而无触点启动器采用组件式结构、模块化安装方式，集成化程度高，所以维修工作相对复杂。分析了无触点启动器在软启动过程中出现的报警灯亮、电机没反应故障及其解决方法，总结出无触点启动器常规报警问题和针对性的解决方案，其中不仅介绍了直流电机换向的问题还有直流电机电枢绕组问题。这篇文章对以后的修理工作具有深远的指导意义。

关键词：直流幅压 无触点 电机 换向 电枢

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0055-03

Abstract： DC voltage non-contact starter is widely used in DC power supply system.Contact starter repair is more intuitive， easy to failure analysis， and non-contact starter uses modular structure and modular installation， The degree of integration is high， so the maintenance work is relatively complicated. In this paper， the alarm lighting， motor failure and the solution of the non-contact starter in the soft start-up process are analyzed. The conventional alarm failure and its solution of the non-contact starter are analyzed. This paper introduces the fault of DC voltage motor and the solution， including the DC motor commutation fault and the failure of the DC motor armature winding. This paper is of guiding significance for future repair work.

Key Words： DC Amplitude； Non-contact； Motor； Commutation； Armature

直流和交流電动机对比，直流电动机的转换距离很大，而且调节速度的能力比较好，许多的大型生产机器基本都是利用直流电动机进行拖动。多数直流电动机的启动都是利用电枢串电阻的启动方式进行机械的启动。启动的时候先要把所有的启动电阻都串进电枢中，不断地跟着转速变大，而后分级切除启动电阻。但是分级切除启动电阻的传统方法是采用接触器和继电器的配合来实现启动电阻的自动切除，修理比较直观，便于分析故障。无触点启动器采用组件式结构[1-3]，模块化安装方式，无级启动，PWM脉宽调制控制启动电流不大于电机额定电流的两倍，具有多重过电流保护技术，瞬态的冲击电压、操作波过电压等暂态过度过程进行多层限幅钳位；对起停电机都有独到的措施和方法；采用高频滤波和削弱和衰减低频传导干扰，集成化程度高，所以维修工作相对复杂[4-6]。基于此，本文从多个方面分析问题与解决故障。

1 无触点故障分析及解决办法

1.1 软启动工作原理

软启动是一种中高压电机软启动器，利用先进的控制器、电子技术以及IGBT技术全面控制电动机并进行综合性的保护，和别的传统的启动方式相对比，其中特有的智能控制方法，也能够很快捷方便地控制开启转矩、开启电流、开启时间的数据。它利用高品质的IGBT，控制输出电压，确保电动机可以稳定地进行启动。

1.2 软启动故障分析及解决办法

具体情况见表1。在运行过程中出现软启动故障，故障灯亮，电机没反应。如表1所示，总结出软启动经常性出现的故障和处理方案。

1.3 运行过程中出现常规故障，相应故障灯亮，电机停止工作

无触点常规故障分析及解决办法如表2所示。

2 直流幅压电机故障及解决办法

2.1 直流电机换向故障分析与维护

2.1.1 直流电机换向不良的主要征象

换向火花状态：换向火花的状态能够反映出换向的优劣情况。

换向器表面的状态：烧痕，在换向器的表层基本都会出现用汽油抹不掉的被烧的痕迹；节痕：节痕主要是一些在表层会产生的有规律性的变化颜色或者痕迹。

电刷镜面状态：一般进行转换方向时，电刷和换向器的接触地方都是平滑光亮的，一般指镜面。如果电机出现转换不正常时电刷镜面也会有一些雾状和麻点以及烧坏的痕迹。

2.1.2 直流电机换向故障原因及维护

机械原因及维护：（1）电机出现震动会对换向产生一定的作用，其作用的幅度和频率是由电机频率的和振动的幅度决定的。当电枢向某一方向振动时，就可能会引发电刷跟换向器通过接触面产生较大的落差，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，电刷在换向器的表层跳动的频率越大，电机的振动就越大，这主要是由于电枢两端的平衡块脱落，造成电枢的不平衡，或者是由于电枢绕组修理后没有进行平衡修改造成的。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，所加稳定块一定要牢靠地固定在电枢上。（2）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，由于较长一段时间运转，换向器的表面一层会由于长时间的积累形成一层薄膜，这层薄膜有利于换向，并能减少换向器的磨损。如果换向器因为安装配质量不好引起变形或者换向片间百母凸出和受到碰撞使个例换向片突出或向下陷，表面有撞击疤痕或毛刺时，电刷也没有办法完成在换向器平稳滑动的过程中增大火花，换向器表面由于长时间积累的一层污物也能造成电刷接触不稳而导致火花的出现。如果换向器的表层沾有污物，应该用倒上酒精的抹布进行擦拭，很容易将表层擦拭干净。换向器表层如果产生不规律的状态，要用换向片表层相吻合的木块垫起来，然后用细玻璃砂纸来磨换向器。假如不能按照标准就一定要车削换向器的外圆。（3）确保电刷和换向器的良好接触。电刷表层至少有3/4的换向器接触，电刷的压力需要维持平均性，电刷间的压力差不应该大于1000Pa，这样可以确保各电刷的接触电阻基本差不多，保证各电刷电流均衡。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，电刷和刷盒之间的配合要么会紧要么会松，电刷伸出盒太大也会对电刷的受力产生影响，最终导致有害火花的出现。

电气原因及维护：换向接触电势和电枢反应电势都是导致直流电机换向不良的因素。电刷需要通过换向器和几何中心线的兀件进行接触，使换向兀件不切割主磁场。不过维修后换向绕组、补偿绕组安装不合格，磁极、刷盒装配偏差导致各磁极间距离差距较大、各磁极下的气隙不平均、电刷没有进行中心对齐、电刷沿换向器圆周等分布不均匀，都会增大电枢反应电势，从而使换向恶化，产生有害火花。所以进行检修的时候需要采用正确的方式对各个磁极、电刷进行安装，均匀地进行分配。正确的方式安装换向极绕组、补偿绕组，对改善换向产生重要的作用和影响。电刷中心位置测定基本分为三类方法，主要有：感应法、正反转发电机法、正反转电动机法。

2.1.3 其他影响及维护

电枢元件断线或焊接不良：通过相应的换向片进行焊接形成的直流电机的电枢绕组的闭合回路，假设有元件转到电刷下的情况发生，电流就可以通过电刷这一载体进行接通，最后通过电刷断裂停止接通电刷，因此，可以通过链接和断裂这两种方法，摩擦出很多的火花容易短路元件两头的换向片，这时用电压表检测换向片间电压。

电枢绕组短路：电枢绕组出现短路状况时，电机的空载和负载电流会不断增加，短路元件中出现了比较大的交变电流，使电枢的一些部分出现了发热状况，更甚至会烧损绕组。有极个别的地方会产生短路的现象扰乱了并联支路电势的稳定性。利用短路硬件中原有的交变环流会使重换向恶化的程度很快更深，增大火花。电枢硬件一旦出现短路就会通过短路点导致短路回路，利用电压表测试时，就会出现短路元件所接的两换向片间的电压为零或者几乎没有。

电源对换向的影响：因为变流技术的提高，可变直流电源凭借其效率高、控制维护方便两大优势得到迅速的发展，不过因为会引发谐波电流和快速暂态发生变化也会引起直流电动机产生危害。其中电源的交流内容会把直流电机转换恶性循环，并且还伴有嘈杂的噪声和发热损耗等。改善的基本方法：通常情况下都是采用平波电抗器进行减少谐波的影响。

2.2 直流电机电枢绕组故障及维护

2.2.1 直流电机过热及处理

直流电机开始运转以后，如果机器的温度提高的比标准温度高，但是机器没有其他地方出问题，这种就是直流电机过热。长时间保持这种情况，就会让电机老化得更快，使用的时间大大减少。如果这种过热的现象是因为在设计和安装或者维护的过程中出现问题而导致的，没有第一时间解决这个问题，就会让问题更加严重，导致其他地方出现问题。因此，要是整机出现过热的现象，一定不能不当回事，要及时查找问题所在，找出解决的方案，让电机恢复正常。导致整机过热可能有下面几个方面的原因：电机在运行的过程中和原本设计的运行方式不一样，铁芯和线圈表面吸入了一些灰尘不能及时清理掉，妨碍机器散热；那些送去维修好了的电机，要是散热风扇叶片曲面方向和电机旋转的方向不一样，温度降低就会变慢，在正常运作以后，电机就会更热；空气过滤器堵塞、油腻污染；工作环境恶劣；电机本身的通风口设计有问题，太小了，而且里面不是直来直去的，通风不直接，就会导致散热不好。要根据具体出现的问题来有针对性地进行解决。要是在比较差的条件下使用电机，比如温度太高、湿度太大等这样的环境里，就要注意不要一直使用电机或者用外部设备来帮助散热通风。如果是设计出现了什么问题，就要重新根据情况来调整，让电机运行起来更加合理，更好地散热通风，提高运行效率。要是电机的通风路道被堵住了，可以用压缩空气机从外面吹一吹来帮助清理，操作的时候一定要注意安全，不要损坏了电机。随时保持电机的环境清洁，通风流畅。如果是喷油空气过滤器，要先用汽油后用热碱水来清洗，然后再补充上新的油。

2.2.2 电枢绕組断路及处理

电枢绕组断路大多数情况下是因为换向片和导线的接头处没有接好，或者电机在运行的时候因为震动的缘故，让接口断开了，也有一些是里面的线断了。这些故障能够用眼睛看到比较大的火花，要解决好一定要判断出是哪条线断了。

2.2.3 电枢绕组短接及处理

电枢绕组接地大多数情况下是因为槽绝缘和绕组之间的绝缘体坏了，导体和硅钢片直接解除了。也可能是换向片接地击穿点出现在槽口、换向片内和绕组端部。

2.2.4 故障实例分析

故障现象：电吹风上的小型直流电机不能自动运转，需要人力辅助，而且转动很慢。

故障分析与检测：直流电机是由单相线圈组成的，本身只有两个换向器，在运转的时候有一个顾不到的地方。因此这种电机最少需要3个换向器铜片，线圈也要有3组。线圈头分别与3个换向片压在一起，无论哪个点出现接触不良和换向片掉下来的情况，都能及时处理。在开启电机的时候，要是在盲区的位置，就不动，这时候加上一个外力，让它离开死区，就能动起来了。

把电机拆下来，检测换向片，要是其中一个和另外两个之间不通或者电阻增大，就知道故障点在哪了。

故障处理：如果是线圈接触不良导致的，要重新接一下线圈；如果是换向片脱落导致的，就重新装一下换向片。

3 结语

本文主要对直流幅压无触点启动器在运行过程中可能出现的一些问题做出了分析和阐述，首先分析了无触点故障及其解决方法，其中包括软启动常见故障和运行中常规故障；然后介绍了直流幅压电机故障及其解决办法，包括直流电机换向故障和直流电机电枢绕组故障。因为整个运行系统比较复杂，特点比较多，要想找出具体哪里出了问题，就要全面、仔细地来检测问题出在哪，然后针对问题找到解决的最好的方案。

参考文献

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