直流幅壓無觸點啟動器的技術研究

楊峰權 劉正海 祝義華 陳海濤 杜波 童敏杰 周凱

摘 要：隨著科技進步，直流幅壓無觸點啟動器在由蓄電池供電的直流電源體系中得到了廣泛的應用。有觸點啟動器修理比較直觀，便于分析故障，而無觸點啟動器采用組件式結構、模塊化安裝方式，集成化程度高，所以維修工作相對復雜。分析了無觸點啟動器在軟啟動過程中出現的報警燈亮、電機沒反應故障及其解決方法，總結出無觸點啟動器常規報警問題和針對性的解決方案，其中不僅介紹了直流電機換向的問題還有直流電機電樞繞組問題。這篇文章對以后的修理工作具有深遠的指導意義。

關鍵詞：直流幅壓 無觸點 電機 換向 電樞

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：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

直流和交流電動機對比，直流電動機的轉換距離很大，而且調節速度的能力比較好，許多的大型生產機器基本都是利用直流電動機進行拖動。多數直流電動機的啟動都是利用電樞串電阻的啟動方式進行機械的啟動。啟動的時候先要把所有的啟動電阻都串進電樞中，不斷地跟著轉速變大，而后分級切除啟動電阻。但是分級切除啟動電阻的傳統方法是采用接觸器和繼電器的配合來實現啟動電阻的自動切除，修理比較直觀，便于分析故障。無觸點啟動器采用組件式結構[1-3]，模塊化安裝方式，無級啟動，PWM脈寬調制控制啟動電流不大于電機額定電流的兩倍，具有多重過電流保護技術，瞬態的沖擊電壓、操作波過電壓等暫態過度過程進行多層限幅鉗位；對起停電機都有獨到的措施和方法；采用高頻濾波和削弱和衰減低頻傳導干擾，集成化程度高，所以維修工作相對復雜[4-6]。基于此，本文從多個方面分析問題與解決故障。

1 無觸點故障分析及解決辦法

1.1 軟啟動工作原理

軟啟動是一種中高壓電機軟啟動器，利用先進的控制器、電子技術以及IGBT技術全面控制電動機并進行綜合性的保護，和別的傳統的啟動方式相對比，其中特有的智能控制方法，也能夠很快捷方便地控制開啟轉矩、開啟電流、開啟時間的數據。它利用高品質的IGBT，控制輸出電壓，確保電動機可以穩定地進行啟動。

1.2 軟啟動故障分析及解決辦法

具體情況見表1。在運行過程中出現軟啟動故障，故障燈亮，電機沒反應。如表1所示，總結出軟啟動經常性出現的故障和處理方案。

1.3 運行過程中出現常規故障，相應故障燈亮，電機停止工作

無觸點常規故障分析及解決辦法如表2所示。

2 直流幅壓電機故障及解決辦法

2.1 直流電機換向故障分析與維護

2.1.1 直流電機換向不良的主要征象

換向火花狀態：換向火花的狀態能夠反映出換向的優劣情況。

換向器表面的狀態：燒痕，在換向器的表層基本都會出現用汽油抹不掉的被燒的痕跡；節痕：節痕主要是一些在表層會產生的有規律性的變化顏色或者痕跡。

電刷鏡面狀態：一般進行轉換方向時，電刷和換向器的接觸地方都是平滑光亮的，一般指鏡面。如果電機出現轉換不正常時電刷鏡面也會有一些霧狀和麻點以及燒壞的痕跡。

2.1.2 直流電機換向故障原因及維護

機械原因及維護：（1）電機出現震動會對換向產生一定的作用，其作用的幅度和頻率是由電機頻率的和振動的幅度決定的。當電樞向某一方向振動時，就可能會引發電刷跟換向器通過接觸面產生較大的落差，從而使電刷在換向器表面跳動。隨著電機轉速的增高，振動加劇，電刷在換向器的表層跳動的頻率越大，電機的振動就越大，這主要是由于電樞兩端的平衡塊脫落，造成電樞的不平衡，或者是由于電樞繞組修理后沒有進行平衡修改造成的。一般來說，對低速運行的電機，電樞應進行靜平衡校驗；對高速運行的電機，電樞必須進行動平衡校驗，所加穩定塊一定要牢靠地固定在電樞上。（2）換向器是直流電機的關鍵部件，要求表面光潔圓整，沒有局部變形。在換向良好的情況下，由于較長一段時間運轉，換向器的表面一層會由于長時間的積累形成一層薄膜，這層薄膜有利于換向，并能減少換向器的磨損。如果換向器因為安裝配質量不好引起變形或者換向片間百母凸出和受到碰撞使個例換向片突出或向下陷，表面有撞擊疤痕或毛刺時，電刷也沒有辦法完成在換向器平穩滑動的過程中增大火花，換向器表面由于長時間積累的一層污物也能造成電刷接觸不穩而導致火花的出現。如果換向器的表層沾有污物，應該用倒上酒精的抹布進行擦拭，很容易將表層擦拭干凈。換向器表層如果產生不規律的狀態，要用換向片表層相吻合的木塊墊起來，然后用細玻璃砂紙來磨換向器。假如不能按照標準就一定要車削換向器的外圓。（3）確保電刷和換向器的良好接觸。電刷表層至少有3/4的換向器接觸，電刷的壓力需要維持平均性，電刷間的壓力差不應該大于1000Pa，這樣可以確保各電刷的接觸電阻基本差不多，保證各電刷電流均衡。電刷彈簧壓力不合適，電刷材料不符合要求，電刷型號不一致，電刷和刷盒之間的配合要么會緊要么會松，電刷伸出盒太大也會對電刷的受力產生影響，最終導致有害火花的出現。

電氣原因及維護：換向接觸電勢和電樞反應電勢都是導致直流電機換向不良的因素。電刷需要通過換向器和幾何中心線的兀件進行接觸，使換向兀件不切割主磁場。不過維修后換向繞組、補償繞組安裝不合格，磁極、刷盒裝配偏差導致各磁極間距離差距較大、各磁極下的氣隙不平均、電刷沒有進行中心對齊、電刷沿換向器圓周等分布不均勻，都會增大電樞反應電勢，從而使換向惡化，產生有害火花。所以進行檢修的時候需要采用正確的方式對各個磁極、電刷進行安裝，均勻地進行分配。正確的方式安裝換向極繞組、補償繞組，對改善換向產生重要的作用和影響。電刷中心位置測定基本分為三類方法，主要有：感應法、正反轉發電機法、正反轉電動機法。

2.1.3 其他影響及維護

電樞元件斷線或焊接不良：通過相應的換向片進行焊接形成的直流電機的電樞繞組的閉合回路，假設有元件轉到電刷下的情況發生，電流就可以通過電刷這一載體進行接通，最后通過電刷斷裂停止接通電刷，因此，可以通過鏈接和斷裂這兩種方法，摩擦出很多的火花容易短路元件兩頭的換向片，這時用電壓表檢測換向片間電壓。

電樞繞組短路：電樞繞組出現短路狀況時，電機的空載和負載電流會不斷增加，短路元件中出現了比較大的交變電流，使電樞的一些部分出現了發熱狀況，更甚至會燒損繞組。有極個別的地方會產生短路的現象擾亂了并聯支路電勢的穩定性。利用短路硬件中原有的交變環流會使重換向惡化的程度很快更深，增大火花。電樞硬件一旦出現短路就會通過短路點導致短路回路，利用電壓表測試時，就會出現短路元件所接的兩換向片間的電壓為零或者幾乎沒有。

電源對換向的影響：因為變流技術的提高，可變直流電源憑借其效率高、控制維護方便兩大優勢得到迅速的發展，不過因為會引發諧波電流和快速暫態發生變化也會引起直流電動機產生危害。其中電源的交流內容會把直流電機轉換惡性循環，并且還伴有嘈雜的噪聲和發熱損耗等。改善的基本方法：通常情況下都是采用平波電抗器進行減少諧波的影響。

2.2 直流電機電樞繞組故障及維護

2.2.1 直流電機過熱及處理

直流電機開始運轉以后，如果機器的溫度提高的比標準溫度高，但是機器沒有其他地方出問題，這種就是直流電機過熱。長時間保持這種情況，就會讓電機老化得更快，使用的時間大大減少。如果這種過熱的現象是因為在設計和安裝或者維護的過程中出現問題而導致的，沒有第一時間解決這個問題，就會讓問題更加嚴重，導致其他地方出現問題。因此，要是整機出現過熱的現象，一定不能不當回事，要及時查找問題所在，找出解決的方案，讓電機恢復正常。導致整機過熱可能有下面幾個方面的原因：電機在運行的過程中和原本設計的運行方式不一樣，鐵芯和線圈表面吸入了一些灰塵不能及時清理掉，妨礙機器散熱；那些送去維修好了的電機，要是散熱風扇葉片曲面方向和電機旋轉的方向不一樣，溫度降低就會變慢，在正常運作以后，電機就會更熱；空氣過濾器堵塞、油膩污染；工作環境惡劣；電機本身的通風口設計有問題，太小了，而且里面不是直來直去的，通風不直接，就會導致散熱不好。要根據具體出現的問題來有針對性地進行解決。要是在比較差的條件下使用電機，比如溫度太高、濕度太大等這樣的環境里，就要注意不要一直使用電機或者用外部設備來幫助散熱通風。如果是設計出現了什么問題，就要重新根據情況來調整，讓電機運行起來更加合理，更好地散熱通風，提高運行效率。要是電機的通風路道被堵住了，可以用壓縮空氣機從外面吹一吹來幫助清理，操作的時候一定要注意安全，不要損壞了電機。隨時保持電機的環境清潔，通風流暢。如果是噴油空氣過濾器，要先用汽油后用熱堿水來清洗，然后再補充上新的油。

2.2.2 電樞繞組斷路及處理

電樞繞組斷路大多數情況下是因為換向片和導線的接頭處沒有接好，或者電機在運行的時候因為震動的緣故，讓接口斷開了，也有一些是里面的線斷了。這些故障能夠用眼睛看到比較大的火花，要解決好一定要判斷出是哪條線斷了。

2.2.3 電樞繞組短接及處理

電樞繞組接地大多數情況下是因為槽絕緣和繞組之間的絕緣體壞了，導體和硅鋼片直接解除了。也可能是換向片接地擊穿點出現在槽口、換向片內和繞組端部。

2.2.4 故障實例分析

故障現象：電吹風上的小型直流電機不能自動運轉，需要人力輔助，而且轉動很慢。

故障分析與檢測：直流電機是由單相線圈組成的，本身只有兩個換向器，在運轉的時候有一個顧不到的地方。因此這種電機最少需要3個換向器銅片，線圈也要有3組。線圈頭分別與3個換向片壓在一起，無論哪個點出現接觸不良和換向片掉下來的情況，都能及時處理。在開啟電機的時候，要是在盲區的位置，就不動，這時候加上一個外力，讓它離開死區，就能動起來了。

把電機拆下來，檢測換向片，要是其中一個和另外兩個之間不通或者電阻增大，就知道故障點在哪了。

故障處理：如果是線圈接觸不良導致的，要重新接一下線圈；如果是換向片脫落導致的，就重新裝一下換向片。

3 結語

本文主要對直流幅壓無觸點啟動器在運行過程中可能出現的一些問題做出了分析和闡述，首先分析了無觸點故障及其解決方法，其中包括軟啟動常見故障和運行中常規故障；然后介紹了直流幅壓電機故障及其解決辦法，包括直流電機換向故障和直流電機電樞繞組故障。因為整個運行系統比較復雜，特點比較多，要想找出具體哪里出了問題，就要全面、仔細地來檢測問題出在哪，然后針對問題找到解決的最好的方案。

參考文獻

[1] 付斌.直流電動機的無觸點起動[J].機床電器，2012（5）：53-55.

[2] 劉國超.三相異步電動機無觸點起動器[J].中國科技博覽，2015（4）：19.

[3] 文元美，段善旭，陳堅.幅壓直流電動機無級無觸點起動器研究[J].廣東工業大學學報，1999（4）：32-34.

[4] 宋義超，高立夫，孫良友.某型艇用幅壓直流電動機振動分析及改進措施[J].船電技術，2015（4）：74-77.

[5] 周玉石.綜述電動機維修中故障排除及有效措施[J].黑龍江科技信息，2015（23）：23.

[6] 張清濤.電動機故障的排查分析[J].中國科技縱橫，2016（5）：136.