一種直流電動機飛車故障的排除

韓紅

（渤海船舶職業學院 機電工程系，遼寧 葫蘆島 125005）

0 引言

筆者單位有一臺自制的小型設備，采用直流電動機（功率為5.5 kW）拖動，但最近經常發生下述故障：設備在運行接近20～40 min后，聲音不正常，并突然出現速度越來越快現象，同時電動機抖動嚴重，由于操作者經驗豐富，幾次都及時斷開了電機電源，才免于發生生產事故。通過對幾次事故的反復分析和現場排查，初步認定是直流電動機飛車故障。粗略分析原因為：本設備由于是自制的，為了降低成本，設計控制系統時考慮不太全面，沒有設計失磁保護電路，設備2002年開始使用至今，除了電機不工作和聲音異常維修兩次外，一直未定期維護，有些器件已老化，尤其是勵磁繞組極易發生腐蝕而斷路，故而造成飛車事故。

1 故障原因具體分析

1.1 直流電動機工作原理

直流電動機的定子部分由機座、主磁極、換向極、電刷裝置組成，轉子部分由電樞鐵心、電樞繞組、換向器組成，其中，主磁極由鐵心和勵磁繞組組成。他勵直流電動機在工作時，勵磁繞組與電樞繞組互不相連，直流電源獨立供電，通過換向器的作用，改變成電樞線圈中的交變電流。直流電動機轉速

式中：E為直流電動機的電樞電動勢，V；Ce為與電動機結構有關的常數；Φ為每極磁通，Wb。

直流電動機電磁轉矩

式中：Ia為直流電動機的電樞電流，A；Cm為與電動機結構有關的常數。

直流電動機的電樞電動勢

式中：U為直流電動機的電樞電壓；R為電樞回路總電阻。

1.2 飛車現象分析

直流電動機在工作時若磁場減弱，則磁通Φ值會相應減小，由于電動機轉速n與磁通成反比因此會增大，見式（1），但電動機的電磁轉矩M卻與磁通成正比，因此M是減小的，見式（2）；隨著轉速n的增加，各種阻力也將劇增，轉矩M繼續下降，直到轉速出現一個最高值。如果此時磁場再繼續減弱，隨著轉矩的減小，電機的轉速反而會下降直至停止，同時反電勢E亦會隨之減小，見式（1），電樞電流Ia會劇增，見式（3），這種現象極易出現事故。上述提到的轉速最高值即飛車，是極危險的，一般電機在達到最高值之前，在強大的離心力作用下，就會把繞組等組件甩出來，造成飛車事故，輕者電動機停止工作，重者電動機冒煙燃燒飛出異物。

可見，‘飛車’是直流電動機在勵磁繞組無勵磁電流時，電樞繞組有電壓，使電動機利用剩磁高速運轉影響系統正常運行的一種現象。

2 飛車故障的解決方案

為了解決飛車故障，我們設計了一種直流調速系統失磁保護電路，來防止直流電動機工作中因失磁而發生的飛車故障。由于容量小，因此所控制的直流電動機容量不超過5.5 kW，勵磁電流最大不足2 A，甚至在1 A以下，因此一般采用在勵磁繞組中串入一個大功率低阻值的電阻，配合欠壓繼電器使用，用此繼電器的常開觸點控制主電路，可防止發生飛車事故，失磁保護電路圖如圖1所示。

圖1 直流調速系統失磁保護電路

圖1中KV為欠電壓繼電器，當線圈電壓低于其額定電壓值時銜鐵吸合，而當線圈電壓很低時銜鐵才釋放。所謂的欠電壓是指當電源電壓降到60%～80%額定電壓時，電動機電源自動切除而停止工作，這種保護稱欠電壓保護，吸合電壓通常為額定電壓的0.8～0.85倍，釋放電壓通常為額定電壓的0.5～0.7倍。將欠電壓繼電器KV的線圈跨接在電源上，常開觸點串接在接觸器線圈電路中即可。

當直流電動機系統在工作中勵磁繞組的勵磁電流突然消失時，欠電壓繼電器KV動作，及時切斷主電源，這時接觸器KM的常開觸點就失電斷開，即使開關QS閉合，KM線圈也不能得電，KM的主觸點不閉合，主電路不工作，系統不工作，即當無勵磁電流時調速系統也不啟動，以防發生“飛車”事故。圖1中4個二極管VD1～VD4對交流電進行橋式整流，以提供勵磁電源。在電動機的勵磁繞組中串入可變電阻RP，在RP的兩端并接一直流欠電壓繼電器KV，如圖1所示。按下啟動開關QS，接觸器KM線圈得電，常開主觸點吸合，啟動系統工作。從以上描述可知，防“飛車”的主要元器件是可變電阻RP和欠電壓繼電器KV。該設備安裝上此保護裝置后，從此同類“飛車”事故不再發生。

3 結語

通過對飛車事故的查找及排除，使老設備可繼續正常使用，不但節約了購置新設備的資金，而且大大縮短了生產周期，不耽誤正常生產，并且改后再未出現過飛車故障。

［1］ 謝志萍.電機與設備電氣控制［M］.北京：電子工業出版社，2011.

［2］ 皮益雄.關于三菱交流伺服主軸電動機飛車故障的維修［J］.制造技術與機床，2013（4）：120-121.