矿井提升机用直流电机换向器故障分析与检修

于勇

（哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

在直流动电机的各项组成部件中，换向器是核心部件，其工作质量的优劣对于电机的整体工作性能也具有直接影响。当直流电机在具体运行一段时间后，其表面会逐渐产生相应的薄膜，颜色为棕黄色，这层薄膜的主要成分为铜的氧化物。当碳刷在和换向器产生具体的接触和摩擦后，会导致一些碳粉逐渐渗透到膜中，并逐渐地形成膜的外层，而这层薄膜不仅能够使换向器的换向火花得到减小，而且还能使换向器的表面硬度得到极大的提升，使换向器所具有的耐磨性能得到明显的增强。而如果换向火花过大，可能会破坏换向器表面的薄膜，进而对电机的正常工作产生严重的影响。

1 换向器的损伤及原因分析

换向器在具体的应用过程中，由于其自身所具有的结构特点以及工作原理，进而使其成为直流电机各组成部分中最脆弱的一项部件，其在进行具体的维护和检修工作时，往往难度较大。而且换向器的表面在使用时，也容易出现粗糙、灼伤、沟槽等相关现象，如果持续运行将可能会对换向器造成严重的影响，使其表面的圆度和同轴度出现较大的偏差问题。

1.1 表面粗糙、凹凸不平、灼伤

在换向器正常运行过程中，碳刷和换向器之间进行接触，可能会出现火花，也就是换向火花，其火花根据形状不同，可以具体分为点状、粒状、飞溅状等不同的类型。而其中，点状、粒状的火花类型属于换向器正常的换向火花。而舌状、响声状以及球状等类型的火花则属于是换向器中的有害火花，将会导致换向器的表面受到破坏，造成换向器表面粗糙、凹凸不平以及灼伤等现象。而换向器不同火花的颜色也具有一定的差异，点状和粒状的火花主要呈现出白色以及微带蓝色等颜色，舌状的火花则主要呈现出亮黄色，而对于一些具有较强能量的火花，例如，响声状和飞溅状的火花，其颜色主要呈现出暗黄、红色以及绿色等。碳粒在点燃过程中主要呈现出红色，而铜屑在燃烧时则主要呈现出绿色。由于火花的颜色和形状都存在着一定的差异，因此，相关操作人员可以对换向器的工作状态进行准确的辨别。当火花的状态出现不正常时，例如，其形状和颜色转换成有害火花时，相关工作人员需要立即进行停机检查，而导致出现有害火花或者环火状火花的原因具体包括以下几个方面。首先，是换向器的刷窝在安装时不够正确，对于刷窝的轴线和转子的轴向，其所产生的平行度偏差相对较大，这也使得碳刷和换向器的接触出现了不良现象，从而产生了有害火花。其次，则是由于刷窝底面与换向器表面之间的距离过大，二者的有效距离应该控制在2～3毫米，如果二者的距离过大，将会导致双拼碳刷的磨损速度产生较大的差异，而磨损快的一面会无法与换向器的换向片进行有效接触，进而导致接触面积出现减半的问题。而磨损较慢的碳刷和导线电流进行连接后，将会导致其出现成倍增加的现象，将相关的火花转变成为有害火花，对换向器的表面产生灼伤，而且还可能会由于电流过大，进而使其与碳刷连接的导线出现烧断的现象，进而引发更严重的后果。最后，是由于对换向器的日常维护工作不够到位，进而导致碳刷出现了严重的磨损，减少了压在碳刷上的弹簧压力，导致相关的碳刷出现严重松动现象，减少了二者的接触面积，最终导致出现了有害火花。

1.2 条纹、沟槽

在换向器上分布着许多的条纹，其具体是按照换向器的圆周方向进行分布，而且会形成具有明暗色调的平行圆环，当相关条纹继续发展后，会逐渐形成沟槽。而这些条纹其实是换向器的表面薄膜由于受到相关破坏所产生的一种表现，主要是由于碳刷的局部位置由于受到了有害火花的作用，导致其表面的局部位置出现了硬化，减少了碳刷和换向器的接触面积，直流电机会长时间处于空载状态或者低载状态，进而导致表面薄膜被破坏。

1.3 表面圆度、同轴度偏差变大

在换向器的具体运行过程中，由于在安装电机或者刷窝的过程中没有充分地满足相关的安装质量标准，进而导致电机在实际运行时出现了碳刷和换向器接触压力不均匀的现象，导致其表面的磨损现象不够均匀，从而产生了较大的换向器表面圆度和同轴度的偏差问题。在使用提升机进行提升时，由于其带载的装载和卸载点都是十分固定的，因此，从开始启动到最后的停机，碳刷和换向器的换向片在接触时所产生的摩擦时间不等，如果长时间运行，将会导致换向器的表面圆度出现较大的偏差，进而形成椭圆现象。而换向器的表面圆度和同轴度偏差在增大后，将会导致碳刷在具体工作过程中，对刷窝内所攒动的能量会逐渐增大，进而使二者接触时所产生的质量出现下降的现象，这也加大了火花。

2 换向器的检查

在直流电机中，换向器是一项十分重要的部件，如果没有对其进行有效的维护，则容易使换向器出现相关的故障问题，进而对电机的正常运行产生影响。因此，相关维修人员需要加强对换向器的日常维护工作，并对其进行定期检查和清理。

2.1 感官检查

首先，采用目视检查法，对换向器的表面进行细致的观察，并对其表面薄膜的变化进行有效的检查。通常情况下，换向器的表面所产生的摩擦痕迹会呈现出一种均匀光滑的状态，而且颜色也会表现为暗褐色。如果表面出现了不均匀磨损、烧伤、凹凸不平、条纹等相关现象，这都表明换向器受到了相关的损害。对换向器的火花性质进行检查，其主要选择夜间熄灯检查的方式，如果换向器出现点状、粒状等火花或者颜色为白色或微带蓝色等火花，则都属于正常状态。而如果换向器出现舌状、响声状以及飞溅状等火花类型，或者其颜色呈现为暗黄、红色以及绿色等，则说明换向器产生有害火花，需要对其进行停机检查等相关处理。

2.2 换向器跳动量测量

对换向器的圆度和同轴度所产生的偏差进行检查，主要是测量换向器的跳动量，需要在挂绳安装完成前进行，而在具体投入使用后，需要按照每季度一次的方式定期进行检查。具体来说，需要将百分表的顶针在碳刷上方进行垂直设置，并通过对其百分表的数值转动一周的变化量进行有效的记录，从而得到换向器的具体跳动量。

2.3 接触面积的检查

在对换向器的接触面积进行检查时，首先，需要将碳刷取下，并对其接触面的情况进行有效的观察，如果发现接触不良现象，则应该对探索进行研磨处理。同时还需要对碳刷和换向器的距离进行有效的检查，通常需要保持在2～3毫米。

3 换向器的检修

如果直流电机的换向器表面产生了粗糙、凹凸不平、条纹等状况时，需要对其进行有效的检修。如果情况较轻，那么，可以使用砂纸进行研磨，并制作出弧形木网，其圆弧半径应与换向器的外圆半径保持相等，并将砂纸在木网弧形面上进行固定，握住木马的手柄进行反复的研磨。而当换向器的表面产生比较严重的情况时，例如，出现烧伤以及有较大的偏心和椭圆等相关缺陷时，需要采用车削的方式。由于矿井的提升，机电机的体积和重量往往都相对较大，因此，进行拆卸运输以及安装时也有较大的难度，需要进行长时间的检修，从而确保其能够正常运行。

4 结语

综上所述，在矿井提升机用直流电动机换向器的具体运行过程中，存在着一些常见的故障问题，当换向器出现有害火花后，会对换向器与碳刷的接触造成影响，而且也会对换向器表面的薄膜造成损害，进而影响直流电机的正常运行。对此，相关维修人员需要采取相应的检查方法，有效地识别换向器故障位置和故障的产生原因，合理地运用检修技术对换向器进行有效的维修，从而确保直流电机换向器的安全稳定运行。