换向器运行稳定性的研究

2019-09-18庞红

中国科技纵横 2019年14期

关键词：换向器稳定性

庞红

摘要：本文根据直流电动机换向器的基本结构，对影响换向器运行稳定性的主要因素如换向器烘压参数的选择、温度的选择、烘焙时间进行了分析，并提出解决方法。

关键词：换向器;稳定性;烘压工艺参数

中图分类号：TS914.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0079-02

1 换向器的运行稳定性对直流电机的可靠运行至关重要

换向器是直流电动机的主要组成部分。换向器的作用是“变流”，即将电枢绕组中感应的交变电势经电刷变为直流电势，或把由电刷引入的外部直流电压变为交变电压，加到电枢绕组上。图1为换向器在直流电动机中的结构位置。

直流电机由于“变流”而出现特有的“换向”问题，即旋转着的电枢绕组元件被电刷短接过程中，元件内的电流方向要改变。换向不良，将出现火花，甚至发生环火、接地等故障。因此，良好的换向，是直流电机正常工作的必要条件。换向问题很复杂，影响换向的因素很多，其中换向器的运行稳定性是一个重要的因素。因此，换向器运行稳定性直接影响到直流电机的可靠运行。

2 影响换向器运行稳定性的因素分析

换向器在运行中的稳定性控制是一个复杂的过程，受到各种因素的影响。

换向器在工作温度和离心力的作用下，要求保持结构形状的稳定性。因此，在压装过程中，必须进行反复烘焙和加压，使云母片、V型绝缘环排除多余的胶粘剂，并使之固化，保证换向器成型稳定。图2为换向器的结构组成。

换向片、V形绝缘环是换向器的两个重要组件，其零件结构分别如图3、图4所示，两者生产质量直接影响了换向器的压装质量，从而对换向器的运行稳定性造成直接影响。故技术要求换向片落料后毛刺不大于0.15，升高片槽底每边铜片厚度不小于0.9，未注尺寸公差为+IT13。

换向器的压装分为二个阶段。第一阶段在换向片和云母片之间形成需要的片间压力，加上高温烘焙，以使云母片在高温高压下尽量收缩，使换向器结构坚实，稳定性良好。第二阶段是套上V形绝缘环，然后进行烘压，常称为第二次装配或总装。主要是烘压绝缘环，使换向器V形槽与V形绝缘环和压圈紧密贴合，并充分收缩聚合。

在换向器制造过程中必须进行多次烘压，正确选择工艺参数，才能使片间云母板和V形绝缘环在制造过程中充分压紧，并完成胶粘剂的聚合作用，以保证换向器在运行中的稳定性。换向器烘压参数的选择和材料的种类工件的大小、烘炉条件有关。下面讨论应如何选择有关烘压参数。

2.1 压力的选择

虫胶云母板的收缩率和压力的关系：当压力较小时，收缩率变化较大，当压力增大时，收缩率变化减小，而当压力达到35-40N/mm2时，收缩率变化很小。因此，在烘压换向器时，换向片侧面压力通常在35-40N/mm2范围内选取。

2.2 温度的选择

虫胶云母收缩率与温度的关系：当温度在70℃以下时，云母的收缩率变化很小。因为温度过低，云母板虫胶尚未软化，当温度在70-120℃之间时，虫胶软化后，一部分被挤出来，因此，云母板的收缩率变化较大;而在120℃以上时，云母板的收缩率变化变小，因为多余的虫胶早已基本上被挤出。在生产中为了缩短烘焙时间，烘焙温度取165±5℃，也不宜温度过高，以免引起云母板的热老化和换向片硬度下降。在换向器装配过程中，第一次装配的三次烘压目的是为了使片间的云母板尽量收缩，达到稳定。第一次与后两次的烘压温度应有所不同，前者约为120-140℃，后者为165±5℃。第一次烘压温度之所以稍低，是为了避免外部的胶粘剂过早硬化，以致内部的溶剂无法挥发出来，而影响烘压质量。

因此，温度选择不当是造成换向器运行失稳的另一个主要原因。

2.3 烘焙时间

烘焙时间的长短根据绝缘中胶粘剂聚合所需时间来定。对于140-165℃的烘焙时间一般可取5-7小时。在每次装配过程中，须进行热压三次，冷压二次，即在加温一段时间后，进行一次热压，然后进入电烘箱加温，过5-7小时后，温度达到165±5°时，再进行热压和冷压二次，而不是烘一次。根据实际情况，适当延长烘焙时间，原因有以下几点：

（1）换向器的数量多，需要吸收的热量较多;

（2）入冬以后，由于天气较冷，炉温升温较慢;

（3）烘到规定的温度后，胶软化部分被挤出，重叠的云母片也因被压发生微小的位移而減薄，这时实际上存在于片间的压力已不够了。分三次加热加压，能使收缩更完善。

在每次加压过程中都是先热压而后冷压，这是由于换向片（铜片）比钢压圈的膨胀系数大，一般冷却到40℃左右时需再进行冷压。

因此，烘焙时间的选择不合适，也是造成运行失稳的一个主要原因。

3 解决方法

（1）换向片组装的烘焙时间、温度、压力及拧紧力矩，要严格按工艺规程进行操作。

片间绝缘的弹性可起到因温度变化膨胀时，调整换向片片间压力的作用。为保证片间云母和绝缘环的良好固化程度，除了保证恒温箱、温度显示装置的正常运行外，还应在换向片组装后，在末次加压后，必须冷至室温再进行冷压。

每次加压前，要检查换向器端面和压床平台的平行度。第一次、第二次烘压时，带着片装工具，以后可将片装工具拆除。

（2）职工的技能素质决定了产品的质量。根据工作条件及岗位特点，加强对操作人员的技术及职业道德培训。也可通过有特色的小组活动，小组成员之间进行技术交流，互学工作的绝活和窍门，提高其技能水平。

（3）创建良好的工作环境，营造职工浓厚的学习氛围，设立激励政策，完善企业文化，明确岗位职责，建全规章制度，提高职工以厂为家的主人翁责任感。

（4）积极进行技术改造和设备更新，改进结构、完善工艺规程、提高效率、减少耗能。