换向火花产生的原因
直流电机换向火花的检测与调整
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｄ ． Ｃ ．Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ； ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｒｋ ａ ；ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ
换 向火 花是 电机运行时 ， 电刷与换 向器之 间的电弧放 电
于 电刷 的前 、 后边 电流密 度分 布不 均匀 ， 或 电刷与 换 向片分 离时， 元件 内短路 电流并 不为 零 ， 元件 内 的电磁能 将 以火 花 形式释放 ， 于是后 刷边 产生 火花 。再 之 ， 在换 向元 件 中不 可 避免地产生 电抗 电势 ｅ ， ； 另外 当换 向元件切 割交轴 电枢反应 磁通 时， 还会产生 旋转 电势 ｅ 。 。ｅ 和 ｅ 。 都 是 阻止 电流变 化
Ｂ ａ ｓ ｉ ｃ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ
Ｄ． Ｃ．Ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｍ ｍｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｐ ａ ｒ ｋ
ＧＡＯ Ｈａ ｉ — ｂ ｏ ，Ｃ ＨＥ ＮＧ Ｔ ａ ｏ ，Ｚ ＨＯＵ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ — ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ，
（ １ ． 重庆地 区军代 室 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ５ ０ ； ２ ．４ ９ ７厂军代室 ， 重庆 ３ ２ １ ０ １ ７ ） ４ ０ ０ ０ ７ １ ； ３ ． 虎溪 电机 厂 ， 重庆
摘要 ： 分析 了直流电机换 向火花产生 的主要原 因 ， 提 出 了如 何对 电磁部 分和机 械部分 引起 的火花进 行检测 ， 通 过检 测得到正确判 断 ， 进行恰 当地调 整 ， 使 电机运行 状况得到改善 。 关键词 ： 直流电机 ； 换 向火花 ； 检测 ； 调整 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ３ ０ ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ６一 ｏ ７ ０ ７ 【 ２ ０ １ ３ ） ０ ９— ０ １ ０ ９— ０ ３
串励电机火花产生原因及改善的方法
串励电机火花产生原因及改善的方法电动工其２００６（１）串励电机火花产生原因及改善的方法华兆坤１火花产生的原因产生火花的原因很多，如电磁因素、电位因素、机械因素和化学因素等。
我们的着重点是电磁因素，主要有电抗电势、电枢反应电势和变压器电势。
１．１电抗电势ｅ，在换向过程中，换向元件电流从＋ｆ。
变到一ｆ。
时，电流变化，引起漏磁通变化。
漏磁通包括：槽漏磁、齿部漏磁和绕组端部漏磁，这三部分漏磁在换向元件中产生电抗电势。
电抗电势的特性：，１）电抗电势相位滞后电流相位９ｌＪ。
，但因为换向时间极短在ｌ／ｌｏＯＯＯｓ以下，所以把电抗电势看成与电流同相位，故电抗电势Ｐｒ白勺大小与电流成正比，电枢电流越大电抗电势也越大。
２）电抗电势ｅ与电机转速成正比，电机转速高电抗电势就大。
３）电抗电势Ｐ与电枢元件匝数平方成正比，匝数越多Ｐｒ越大。
电抗电势Ｐ表达式：ｅ，＝２ｗ，，入彳％式中肌一元件匝数卜元件有效长度入一元件单位漏磁导彳一电机线负荷吁一电机转速（电枢表面线速度）１．２电枢反应电势ｅ。
串励电动机有两个磁场：一为定子激磁绕组产生的直轴主磁场西。
．见图１；二为电枢绕组产生的交轴电枢反应磁场中。
见图２电枢磁场。
当电机旋转时，换向元件切割换向区域内的交轴电枢磁场，产生旋转电势（或称电枢反应电势）。
电枢反应电势的方向，由电枢反应磁势Ｆ。
和电机转向，由右手法则判定（图２电枢磁场）。
图中注的ｅａ方向是流入纸面的ｏ，它与电抗电势方向一致。
图２电枢反应电势Ｐ特性：１）电枢反应电势Ｐ。
大小正比于电流。
电流大，电枢磁通也大，换向元件切割电枢磁通而产生的电枢反应电势越大。
２）电枢反应电势Ｐ。
也正比于电机转速。
电机转速越高，换向元件切割电枢磁通产生电枢反应电势越大。
电枢反应电势Ｐ。
的表达式：２．５ｗ。
，入彳ｙ，、。
１一口６式中（１一ＯＬ。
）一换向区域１．３换向电势ｅ。
将电刷逆电机转向偏移一个Ｂ角（Ｂ角由实际生产中决定），也可将换向元件顺电机转向偏移一个Ｂ角与换向片焊接。
电刷冒火花的产生原因有哪些如何处理
电刷冒火花的产生原因有哪些?如何处理?
(1)原因：电刷与换向器接触不良。
处理：将换向器磨光、平整，用干净布蘸少量汽油洗去污(2)原因：电刷接触面太小，压力低，接触不良。
处理：处理电刷接触面，调整弹簧压力。
(3)原因：电压位置不正确。
处理：用感应法调整电刷位置。
(4)原因：电刷牌号不符或尺寸不合适。
处理：更换合适的电刷。
(5)原因：换向器后面的连接线有短路或者断线。
处理：查出故障点重焊。
(6)原因：换向器铜片间有金属末，毛刷或石墨粉等导电粉末或云母片损坏短路。
处理：清除杂物、修理换向器。
(7)原因：转子励磁绕组有短路。
处理：查明短路点，加以修复。
(8)原因：换向器磨损。
处理：更换新的换向器。
(9)原因：发电机振动过大。
处理：查明振动过大原因，加以处理。
(10)原因：励磁机电枢不平衡度超过规定值处理：将电枢作平衡
校正。
(11)原因：电枢与主磁极间隙不均匀。
处理：检查各间隙，并进行适当调整。
励磁机换向器碳刷冒火花的原因及预防措施
种类 型的励 磁 机 技 术 成 熟 ， 有 电路 结 构 简 单 、 耗 具 消
低、 维护 容易 的优点 。但是 ， 因换 向不 良在 电刷 与换 常 向器 之 问产 生 有 害 的 火 花 ， 响 励 磁 机 正 常运 行 。 Ｉ 影
号、 ３号发 电机运 行 中 ， 励 磁 机碳 刷 与 换 向器 之 间经 在
因此 ， 对换 向器 进行 定期 维护 ， 要 至少 每季度 要 用 压缩 空气 吹扫励磁 机 一次 ， 尤其 要注 意吹 扫 电枢 绕 组 ， 除 消
火 效果很 好 。
Ｏ பைடு நூலகம்
２
Ｏ
槽 中的炭粉 。在 停 机 时修 刮 换 向器 片 间 的 云母 绝 缘 ，
使 片 间 云 母 露 出新 痕 ， 持 槽 深 在 （ ～ １ ５ 保 １ ． ）ｍｍ 之 间， 同时在 每片 换 向 片两 侧 刮 出 ０ ５ ｍｍ 宽 、 ５ 的 倒 ． ４。 角， 这样 既可减 少 碳 刷 的磨 损 又 可 防 止 炭 粉 积 聚 。换
向 电流
为 了抵 消 电抗 电势 的影 响 ， 可在 主磁 极 间 的 中 心 线 上装 设换 向极 （ 图 Ｉ ， 的作 用 是 产 生 一个 换 向 见 ）它
极磁 势 ， 除抵 消 横轴 电枢 磁 势外 ， 还在 换 向区域 建 立 一
ｌ 换 向 器产 生 火 花 的 原 因 分 析
换 向器表 面 。这 样 ， 因碳 刷 与 换 向器 接 触不 好 而 产 生 连 续火 花 ， 并且 高 出 的云母 加 快 了碳 刷 的 磨 损 而 产生 大量 的炭粉 ， 炭粉 沉积 在换 向片 的并 头套 中间 ， 降低 了 励 磁机 的绝 缘 ， 可 能 引起 线 圈 短 路 而 烧 毁 励 磁 机 。 有
直流电机换向器火花产生原因与换向极绕组极性测定
从 前 面 的分 析 可知 ， 附加 电流 是 造成 换 向不 良 、 生 火 花 的 电磁 原 因 。要 尽 量 减 产 少 火花 ， 必 须 对 附加 电 流 加 以 限制 。 其 就 中最 有 效 的 方 法 是 装 设 换 向磁 极 来 改 善 换
文分析 了因 电磁 方 面原 因 而产 生 火花 的具 体
方法。
关 键 词 直 流 电 机
火 花 电 磁 原 因
换 向极 绕 组
极 性 测 定
ｌ 前 言
回路 断 开 ， 向元 件 中储 存 的 磁 场 能 量 就 以 换
电火花 的形 式 在 电 刷后 端 释放 出来 。
直 流 电机 在 运 行 中 ， 起 电刷 下 产 生 火 引 花 的原 因有 电 磁 方 面 的 、 械 方 面 的 和 化 学 机 方 面 的 ， 中 电磁 方 面 的原 因 是 主要 的 。本 其
情况 ， 并介 绍 了两 种 测 定 换 向极 绕 组 极 性 的
实 用 方法 。
向 。换 向磁极 装 设 在 相邻 主 磁极 几何 中性线 上 。应 设 法使 换 向极 产生 的磁场 在换 向元 件
中产生 感 应 电势 以抵 消 ｅ． Ｋ的 作 用 ， 而 ￡ ＋ｅ 从
２ 产 生火 花 的 电磁 原 因
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一 。的变化 非 常迅 速 ， 绕组 元 件 又 是
个 具有 铁 芯 的线 圈 ， 换 向过 程 中必 然 要 在
产生 感 应 电势 ｅ 。由楞 次 定 律可 知 ，￡要 阻 ￡ ． ｅ
止 电流变 化 ， 要 与 绕 组 元 件 换 向前 的 电 流 就
方 向相 同。
绕 组 串联 时 必 须 注 意 极 性 。 如 果 极 性 接 反 ，
直流电机碳刷打火原因
1、从直流电机换向的经典换向理论来说，电刷后边缘火花是电机延迟换向引起，电刷前边缘火花是电刷提前换向造成，这是从电气火花的角度说的，另外有可能是机械原因引起的火花，你所说的转速越高火花越大也有可能是电机在高速下电刷跳动引起的2、换向器表面同心度和光洁度一定要高，调节刷架的中心点，使其空载电流最小，或者是正反转速偏差最小，然后再固定刷架或后端盖，同意楼上的意见，换向器表面或者是安装的问题居多，此外看下电刷电密，别弄得太高！电压提高,片间电压也提高,片间电压最好不要超过27V3、当电磁能量足够大时,在电刷后边将产生明显的火花. ————————————————这就对了！但书本上对此的解释说法我想可能太模糊或牵强。
我的解释是：碳刷短路与某绕组两端相连的两个换向元件时，绕组内的电流应该等于零，但绕组内蓄积的电磁能量必定要卸除，因此只能通过与该绕组头尾相连的碳刷上构成能量泄放回路。
由于绕组头尾换向元件以及碳刷所构成的泄放回路电阻决定了最大泄放电流的大小，因此如果电机转速太高，碳刷所构成的回路将不能彻底泄放完绕组中的电磁能量。
因此当碳刷将换向元件断开时，剩余的绕组电磁能量将在碳刷的后缘与被断开的换向元件发生击穿空气的放电，以这种形式将能量迅速彻底地泄放完。
所以，如果是低转速，换向器的碳刷后缘可以没有火花，那是因为在断开之前能量已经泄放完了。
但如果是高转速，则速度超过某一特定转速，碳刷后缘必定会出现电火花。
这也就告诉我们的电机设计人员，你所设计的电机额定转速不能高于由泄放回路电阻所决定的电机特征转速，否则电机碳刷后缘将会打火花。
12楼的[赵云01]网友所说的片间电压太高，是我们在电机设计时普遍要注意避免的现象，但实际上，片间电压太高，是指绕组通电时蓄积的电磁能量会太高，这将导致碳刷在完成对换向元件的短路前，仍然有电磁能量来不及彻底泄放。
一般片间电压都是按照经验数据设定的，但这个数据的取值道理似乎所有书中都没有提到。
直流有刷电机电火花大原因
直流电机火花很大的主要原因直流电机火花很大的主要原因是：有换向火花产生的原因是多种多样的，必须在众多的因素中，找到主要原因，方能排除故障，改善换向。
检查换向恶化原因的方法，通常称换向条件正常化检查和调整，是直流电机换向事故处理中最常用方法，其原理如下。
一台直流电机在刚投入运行或过去运行中，换向一直是正常的，而在以后的运行过程中，逐渐变坏或突然恶化，说明电机在换向恶化前，其滑动接触、电机结构和电机各部件工作情况是正常的。
在电机运行过程中，某些部件的工作状态发生了改变，或周围环境发生变化，从而破坏了滑动接触，改变了正常的换向状态，而导致换向的恶化。
如果对这些影响电机换向的因素进行全面检查和调整，使其能恢复原来的正常状态，则换向即能恢复正常。
换向正常化检查是直流电机寻找换向事故原因和排除故障的常用方法，它包括如下主要项目：a.换向器片间电阻测量。
测量换向器片间电阻，能发现电枢绕组是否断线、开焊和匝间短路，升高片是否断裂以及是否存在换向器片间短路。
片间电阻检查通常采用压降法，也可采用专用片间电阻测量仪。
b.换向器摆度测量。
当换向器变形或偏心时，在运行时将会使电刷跳动，滑动接触就不理想，超过一定数值后，将导致换向恶化。
高速电机和多重路电枢绕组电机更为敏感。
c.电刷中性面的检查，直流电机电刷中性线位置，一般应严格在主磁极几何中心线上，对于大型电机，可逆运行电机和高速电机尤其如此。
因为当电刷偏离主机中性线时，换向将发生超前和延迟。
纵轴电枢反应使电机的外特性发生变化，对可逆转电动机来说，两个转向下转速不同而且外特性也不同，两个转向时换向强弱也不同。
在电刷偏离中性位置较大时，由于换向元件进入主极磁通区，电机将产生空载火花。
d.极距、刷距和气隙的检查与调整。
直流电机各排电刷之间的距离，主极之间和换向极之间距离应力求相等。
因为刷距和极距不等则会造成各排电刷下被短路元件在磁场中位置不一样，换向极磁场和换向元件电抗电势波形不重合，各个刷架下火花不等会使电机换向不正常。
换向器火花大的原因
换向器火花大的原因1. 电刷方面的问题。
电刷磨损过度呀，就像人穿破了鞋子一样，电刷如果磨损得太厉害，和换向器的接触就会不好。
这时候就容易产生火花啦。
就好比两个小伙伴牵手，如果一个小伙伴的手受伤了，牵手就不那么稳当了，电刷和换向器也是这个道理呢。
电刷的压力不合适。
如果压力太大，会让换向器磨损得快，而且还会产生很大的摩擦力，就像你用力过度去推一个东西，东西可能会坏掉，这里就容易产生火花；要是压力太小呢，电刷和换向器之间就会接触不良，就像轻轻搭着的手，很容易松开，这样也会有火花产生哦。
2. 换向器自身的问题。
换向器表面不平整。
可能是因为使用时间长了，被磨损得坑坑洼洼的，就像一条原本很平坦的路，被车轧出了很多小坑。
当电刷在这样不平整的换向器上滑动的时候，就会一跳一跳的，然后火花就冒出来啦。
换向器片间绝缘不良。
这就像房子的墙有了缝隙一样，电流可能会从这些不该走的地方走，从而产生火花呢。
3. 电机负载方面的问题。
负载过重的时候，电机需要更大的电流来带动，这时候就像一个人扛了很重的东西，走得很吃力。
电机的电流大了，就会让换向器和电刷之间的情况变得更复杂，容易产生火花。
就好像过重的负担让原本和谐的配合出现了问题。
电机负载突然变化。
就像你突然加速或者突然刹车一样，电机的负载突然改变，电流也会突然变化，这就会对换向器和电刷之间的关系产生冲击，火花就可能冒出来啦。
4. 电机的装配问题。
如果电机的电枢和磁极之间的气隙不均匀，就像两个人跳舞，距离一会儿近一会儿远，磁场就不均匀了。
这会影响到换向器和电刷之间的电磁关系，导致火花变大呢。
电机的轴弯曲了。
这就像一个人的脊梁弯了一样，整个电机的运转就不顺畅了。
电刷和换向器之间的相对位置就会受到影响，从而产生火花。
5. 电气方面的问题。
电枢绕组短路。
这就像电路里的管道堵塞了一样，电流就会乱走，在换向器这里就会表现为火花变大。
磁场不均匀。
磁场就像一个无形的手在指挥着电机的运转，如果这个手的力量不均匀，就会影响到换向器和电刷的正常工作，火花也就容易出现啦。
直流电动机电流换向时产生火花的原因有哪些？减小换向火花应采取哪些措施？
直流电动机电流换向时产生火花的原因有哪些？减小换向火花应采取哪些措施？
直流电动机旋转时，电枢绕组元件从一个支路经过电刷转换到另一个支路时，元件中的电流转变一次方向，这就叫换向。
换向不良时将会消失剧烈的火花。
产生火花的缘由主要有以下几方面。
(1)电磁方面。
主要因素为：1)电枢反应，几何中性线处磁通密度不为零，元件经过此处产生电动势，此元件被电刷短路，就在元件与电刷间形成环流，当元件所接的换向片与电刷脱离接触时，元件中的磁能要释放出来而产生火花。
2)自感电动势的影响。
(2)机械方面。
主要有电刷的弹簧压力不当、换向器的云母片凸出、换向器表面不光滑等缘由造成的电刷与换向器接触不良而产生火花。
(3)工作环境方面。
空气中的尘埃、盐雾、化学、电离等各种因素的影响，都会产生火花。
改善换向减小火花应实行的措施为：一般应选用合适的电刷，适当移动电刷的位置。
1。
直流电机火花等级、电刷[1]
![直流电机火花等级、电刷[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/754db36e195f312b3069a50c.png)
绝缘等级：电机的绝缘等级就是绝缘材料耐温能力高低等级。
目前国内常用的绝缘等级为B、F、H级，耐热温度分别为130℃、155℃、180℃，当电机长期处于最高允许温度之下时绝缘材料一般有15-20年寿命。
换向电机的换向是一个复杂的物理和电化学过程，换向火花是直流电机换向不良的最明显的标志，轻微的火花不会对电机运行造成危害，但有害火花会破坏电刷和换向器的滑动接触，烧伤电刷镜面和氧化膜，使两者磨损剧增，造成换向恶性循环，构成对直流电机运行的威胁。
换向火花在实际是电刷和换向片脱离接触时换向元件中释放的电磁能量，根据换向火花的危害程度划分了换向火花的等级标准。
在日常应用中用两种方法来判别：1.火花特征 2.火花对换向器表面和电刷的损害程度电机火花的允许等级：空载带额度换向火花不大于11/2级最大过载时换向火花不大于2级11/2级火花是无害火花，允许长期连续运行2级火花是有害火花，只允许过载时出现换向火花产生的因素很多，可归结为：1.电磁原因---换向元件内的电抗电势和换向电势的合成不等于零，使元件内的电磁能以火花的形式释放2.机械原因---换向器工作面的状态不良，主要表现为：换向器凸片和变形、电枢平衡不好、运行时振动、片间云母凸出、电刷材质压力不合适、电刷刷握间隙不合适、电刷刷握工作不良等3.电机负载和周围环境---电机过载、冲击性负载、电流变化率过高、湿度太低、有害气体、含尘量过高将造成氧化膜平衡破坏，无法保持正常的滑动接触而产生火花。
火花等级分类电刷（导电滑动接触体）D1---- 石墨基电化石墨电刷D2----- 焦碳基电化石墨电刷D3----- 焦碳基电化石墨电刷M、N 表示浸有各类有机浸渍剂的符号B------- 变型符号接触压降一般：2—3.5V；摩擦系数：0.25；50小时磨损量：0.15mm；单位压力：200-400 g/cm；电流密度：10-12 A/cm电刷常见故障检查：1，是否过载？2，磁场激磁是否正常？3，碳刷长度是否过短，压力是否过小？4，整流子表面是否严重磨损？5，碳刷中心位置是否正确？6，转子绕组与整流子的连接是否有断线？(检测相邻整流子片间电阻)电动机电刷冒火,滑环过热式烧坏的原因可能是：电刷没研磨好，与滑环接触不良；电刷与刷握配合松紧不适宜；电刷与滑环有脏污；滑环有振动；电刷压力不足或规格不合技术要求；各电刷之间的电流分部不均匀；电机过载等。
火花产生的原因及改善对策
当火花＞2级的时候,应该是带一点紫色并有红色的散火,更严重的是环火,具体的解决方法:1、机壳与碳刷架的配合（用游标卡尺检查）a、两个碳刷架是否对称并在几何中心线上，经验值≤0.1mm；b、碳刷架离换向器的距离单边在-2mm之间；c、碳刷与碳刷架配合间隙为0.1mm左右；2、转子的问题：a、检查偏槽与绕线方法：电钻、电圆锯、电刨类等看换向器端逆时针方向旋转的要采用反绕，正反转的采用超前1/3偏槽，单转的尽量超前换向片换向器；修边机、角磨、切割机类等看换向器端顺时针方向旋转的要采用正绕；绕线看的方法：2442绕法是转子转进绕线模的绕法为反绕，转子转出绕线模的绕法为正绕，三根单线的绕法（如是正绕），那应该是反绕的；如偏12片换向器正绕，那应该是反绕；b、检查有没有虚焊、短路现象；（电枢检查）c、换向器的跳动≤0.025mm，最好是用精车机，再看粗糙度，应该是表面看没有丝头，可以上磨床用干磨试验两只装配一下，或用精车机试验两只装配一下，或用车床加金钢刀车，跳动要保证≤0.025mm（顶尖跳动要在0.015mm内）d、开槽部位要清；3、碳刷问题：a、电阻值要小在8以下（可用万用表测）b、装配后的碳刷不能有焦痕或换向器表面粗糙，可能是碳刷过硬，更换碳刷4、定、转子参数会不会有问题（包括电流密度、安匝比等）；5、定子有没有短路或两个线圈多、少圈；6、电机转速要如正反转≤28000r/min以下，单转的要在≤33000r/min以下；电机国家标准GB755-87规定的火花等级如下表火花等级电刷下火花程度换向器及电刷状态1 无火花换向器上没有黑痕及电刷没有灼痕1—1/4 电刷边缘大部分有点状火花（约1/5至1/4刷边只有断续几点）1—1/2 电刷边缘大部分（大于1/2刷边）有连续的较稀的颗状火花换向器少年宫有黑痕，但不发展，用汽油擦其表面即能消失，同时在电刷表面有轻微灼痕2 电刷边缘全部或大部分有连续的，较密的颗粒火花，开始有断续的舌状火花换向器上有黑痕，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕，如短时出现这一火花，换向器上不出现灼痕，电刷不烧焦或损坏3 电刷整个边缘有强烈的舌状火花，伴与爆裂的声音换向器黑痕较严重，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。
碳刷基本知识
结 构：具有环状耐高温加固条结构。
真圆度： 在高温（200℃ ）、高速（50m/s ）、连续运行一段时
间（ 100小时）后的条件下检测
试验前： Max-Min ≤5μm；试验后：Max-Min ≤20μm；
相邻巴片间的高度差：≤0.5μm
表面粗糙度：Ra为0.8~1.2μm
硬 度：维氏105~115（HV）；布氏100~110（HB）
①.炭刷中间加入绝缘的粘结胶带，可以提高炭刷的换向性能（如
三明治式炭刷）；
②.炭刷是由两部分组成，其中初期的接触部分使用天然石墨等光滑 的材料，剩余部分使用其他材质。现实意义不大。
EMI和其他零部件的关系
弹簧压力——提高炭刷弹簧的压力，会改善炭刷同换向器的接触状况， EMI性能得到一定改善，但是同时机械磨损会增加，会影响炭刷的使用寿 命。
Brush Wear rate mm/100hour
5
4
3
2
1
0
0
20
40 60 80
Spring Pressure KPa
Mecanical
Electrical
Total
电刷的基本知识
根据STI的经验，除了片间绝缘性能，换向器的性能还要包括以下
几个方面：
材 料：CuAg合金中，银的含量应≥0.1%
电刷在电机中的工作原理
由于电抗电势、换向电势和变压器电势的存在，在换向元件K被炭
刷短路的回路中 ，产生一个附加电流iK ：
附加换向电流:
iK= （er+ ea +ekt）/（r2+r1）
因此：换向元件K中的电流为：
i=ia（1-2t/T）+ （ er+ ea +ekt ）/ （r2+r1） =iL+ iK
电阻变化导致火花产生的原因分析及改善方法
非常密集，流过电流的接触点会互相产生影响，因此，从真实
情况出发，必须考虑接触点相互之间影响所增加的电阻值。
由霍姆（Holm）接触理论可知，接触面的总电阻RT等于所 有实际接触点电阻的并联值Rc和相互之间影响增加的电阻值 Ri的串联值。
蓸 蔀 姨 RT=Rc+Ri=0.89
籽1+籽2 2
孜（H1+H 2Fn
（b）孜=0.6，F=3.5 N/cm2 图2 接触电阻与接触点数的关系曲线
个定值。比较两图可以看出，适当增大电刷压力，接触电阻会
减小。也就是说，电机在正常运行时，接触电阻是一个恒定的值。
以 上 分 析接 触 电 阻 时 只 考 虑 了 各 单 独 接 触 点 ，而 没 有 考
虑接触点相互之间的影响[3]。实际上，电刷与换向器的接触点
是由无数个点接触组成的，接触电阻随着接触点数的增多而
减小，而接触电阻的变化又会导致电刷—换向器之间的火花
增大甚至产生环火。由此，对电刷—换向器系统动态电阻进行
定量建模分析。
首先对模型做一些简化假设：
（1）电刷与换向器的接触点是弹塑性形变接触点，考虑接
触点的相互影响。
（2）所有接触点都为面积相等的球面接触。
（3）换向器表面氧化膜均匀分布，厚度一致。
（4）电刷为石墨材料，集电环为人工铜材料。
1.1 接触面的接触电阻[2]
假 设 电 刷与 换 向 器的 接 触 面为 点 圆 ，电 流 在 接 触 点 弯 曲
与收缩，最后集中于圆内。这时会产生新的附加电阻———收缩
电阻，即为接触电阻Rc。
根据Holm球面接触理论，产生的接触电阻Rc为：
导致单相交流串励电动机产生换向不良火花大现象的因素很多主要有氧化腐蚀等化学因素磁场交变产生的各种电势相互影响和由加工精度低引起的机械振动等三个方面而电刷换向器系统的电阻变化与这三个原因有关因此下文将针对电刷换向器系统动态电阻进行定量建模然后分析引起电刷换向器系统电阻变化的因素最后针对电刷换向器系统电阻变化引起换向火花的现象提出改善措施
浅析直流电机换向器火花的故障及其维护技术
浅析直流电机换向器火花的故障及其维护技术摘要：直流电动机由于具有良好的调速和启动性能，因而被广泛应用于现代企业中作为原动机来拖动工作机械。
由于结构复杂，所以相比交流电机更容易发生故障，尤其是担负交、直流电转换任务的关键部件—换向器更容易损坏。
在运行中换向器与电刷间有少许火花是正常现象，但如果火花较大将使直流电机不能正常运行，“环火”现象甚至烧毁绕组导致严重经济损失，因此对直流电机换向器火花故障产生原因进行深入分析并提出有效的解决方案具有重要意义。
关键词：直流电机；火花故障；原因；方法；电磁与机械直流电动机在拖动控制中经常遇到换向器打火故障，如果产生了强烈的火花，不仅严重影响直流电动机的正常工作，还会直接烧毁电刷和换向器甚至电枢绕组，危及直流电动机的安全，造成较大的经济损失。
因此，掌握换向器打火的原因、分析及维护方法已经成为现场维修技术人员的必备技能之一，也为矿井的安全、高效生产提供有力的保障。
1直流电机的基本构成直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。
它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。
直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。
其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。
直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。
其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。
电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。
换向器是一种机械整流部件。
由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。
各换向片间互相绝缘。
换向器质量对运行可靠性有很大影响。
电动工具电机换向器火花形成及碳刷磨损原因-精选文档
三、产生针尖点状绿色火花
换向器虚焊；
换向器跳片； 换向器不圆； 电刷弧长偏大或电刷弧长偏小； 一对刷盒不在同一直线上。
四、开机换向器环火
换向器跳片；
换向器虚焊，某点过热而脱焊； 电刷材质和结构同换向器和负载不匹配； 一对刷盒不在同一直线上； 电刷压力太小； 振动（轴调质硬度HRC25-32为佳）； 换向器车削不良。
电动工具电机换向器火花 形成及碳刷磨损原因
编制：李正丰
2019.8.4
一、整机装配后火花大，主要有下列二种情形
机械性火花：
化学火花：
1、机械性火花
转子平衡不好或装配不好，造成转子振动；
换向器偏心、圆度差、光洁度不好 弹簧压力不合适
；
； 碳刷与换向器接触不好 ； 碳刷与刷盒配合不好 ； 碳刷材料不合适 。
2、化学火花
换向器表面氧化层（主要是氧化亚铜和碳素
薄膜），这层氧化层在运转中表面及电机车间金工组为什么要 增加擦换向器表面工序的原因了。
二、电刷后刷边出现火花
电磁设计偏片或移刷补偿不够； 气隙不均匀，转子偏心； 电机过载； 电机振动，平衡精度差或转子不同心； 换向器偏心、换向器虚焊、换向器跳片、换向器圆度差； 弹簧压力偏小； 电刷材质和结构同换向器和负载不匹配； 电刷弧长偏大或电刷弧长偏小； 电刷与刷盒配合不当，一般单边间隙0.08~0.15mm； 一对刷盒不在同一直线上（包含机壳变形等）。
电机过载；
电刷引线接触不良； 弹簧压力小。
八、电刷表面良好，但电刷磨损快
振动，包括负载的振动；
换向器表面不洁净； 换向器偏心； 弹簧压力低或弹簧压力大； 电刷材质和结构同换向器和电机负载不匹配
直流电机检修与维护—直流电机的换向
改善换向的方法
一、设置换向极 换向极的作用：在元件的换向区域建立一个换向极
磁势，抵消电枢反应磁势，并使合成电势为零，从而改 善电机的换向。
换向极应满足的要求： 1、极性正确 换向极的极性要保证其磁场与交轴电枢反应磁场方 向相反。因此，对于电动机，换向极极性应与沿旋转方 向前面的主极极性相反。
时推迟，此种情况又称为欠补偿换向。
延迟换向，后刷边可能出现火花，对换向不利。
换向的物理过程及火花产生的原因
（3）超越换向 若换向磁场较强，出现合成电势不为零，且
则换向元件中产生附加电流ik，ik帮助换向电流i的变化。 电流改变方向的时刻比直线换向时提前，此种情况又称 为过补偿换向。
超越换向，前刷边可能出现火花， 对换向不利。
换向的物理过程及火花产生的原因
（2）电枢反应电势ea 当电枢旋转时，处于几何中性线上的换向元件，将切
割交轴电枢磁场而产生电枢反应电势ea。
换向的物理过程及火花产生的原因
在发电机中，几何中性线的磁场与元件换向前的磁场相 同，旋转电势ea与电流+ia同向，电动机中，几何中性 线的磁场与元件换向前的磁场相反，因而旋转电势ea与 +ia相反（电动机支路电流与支路电动势相反） 因此，不管是发电机还是电动机，电枢反应电势 的方向与换向前的电流方向相同，其作用也是阻碍电流 换向的。
改善换向的方法
四、设置补偿绕组 换向极的磁势作用区很窄，只能用以抵消几何中性线
附近的电枢磁势，并不能抵消气隙中的全部电枢磁势，消 除磁场畸变。为了获得理想的换向，大型直流电机常在主 磁极极靴上嵌放补偿绕组。象换向极一样，补偿绕组也必 须与电枢绕组串联，并使其磁势方向与电枢磁势方向相反。
改善换向的方法
励磁机“打火”原因及消除方法
以上是 各种原 因单独作用时形成 的“ 打火 ” 实际工作 中“ ， 打火” 一旦
产生 ， 都将是 由几种原 因的综合作用所致 ， 并且 相互 作用 ， 加剧了“ 打火”
现象的发展 。因此 ， 为解决励磁 机“ 打火 ” 问题 ， 应首先分析励磁火 ” 前后是 否检修过 ， 负荷是否剧 烈增 减过 ， 是否更换 了电刷等等。 在这么多因素中 ， 出引起 “ 要找 打火” 的根本 原因 ， 而予 以彻底解决 。 从
一
片过度的瞬间 ， 向回路 中存 在着一部分 电磁 能量 ， 换 它在换 向回路 断开
的瞬间将在电刷的后刷端产 生火 花 。如果 电机工作在 严重的超越换 向
时， 电刷的前刷端 的电流密度很 大 ， 同时当电刷与换 向片剐开始 接触时 ， 只存在少数的点接触 ， 因此 ， 电刷与换 向片之间的电压升 高 。 能量损耗 也
反 比）于是换 向电流不为零 ， 以， ， 所 当电刷 从一个换向片向另一个 换 向
２ 换 向器 的打磨 与 车削
换 向器 “ 打火 ” 严重后 ， 经前述 的调 整方法仍无效时 。 若 必要时应对 换 向器进行打磨或车削。
２１ 换向器的打磨 工艺 ．
换 向器换 向不 良后 ， 将在换 向器表面 出现癣状烧 痕 、 麻点 、 条痕 ， 这 种情况下一般 通过打磨换 向器 即可解决。 打磨前 ， 系汽机运行人员 ， 先联 将线速度控制在 １ ｍ ｓ ０ ／ 左右 ， 将专用 内凹弧 面的磨石 （８ １０目左 右 ） 固定 在木制手持工具上 。 双手握 紧工具手柄 。 定地压放在换向表面上 ． 稳 左右 均匀地慢速移 动， 直到表面痕迹消失为止 ， 打磨时压力不宜过大。 用磨石 打磨后 ， 再用较 细的砂布 （４ ２ ０目） 打磨 。 然后再用 ５ ０目一 ０ ０ ７ ０目的金 相 砂 纸进行 打磨 ， 直至 目测换 向器表 面光 洁如镜 为止。经打磨 后的换向器
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换向火花产生的原因
换向火花产生的原因是多种多样的，必须在众多的因素中，找到主要原因，方能排除故障，改善换向。
检查换向恶化原因的方法，通常称换向条件正常化检查和调整，是直流电机换向事故处理中最常用方法，其原理如下。
一台直流电机在刚投入运行或过去运行中，换向一直是正常的，而在以后的运行过程中，逐渐变坏或突然恶化，说明电机在换向恶化前，其滑动接触、电机结构和电机各部件工作情况是正常的。
在电机运行过程中，某些部件的工作状态发生了改变，或周围环境发生变化，从而破坏了滑动接触，改变了正常的换向状态，而导致换向的恶化。
如果对这些影响电机换向的因素进行全面检查和调整，使其能恢复原来的正常状态，则换向即能恢复正常。
换向正常化检查是直流电机寻找换向事故原因和排除故障的常用方法，它包括如下主要项目：
a.换向器片间电阻测量。
测量换向器片间电阻，能发现电枢绕组是否断线、开焊和匝间短路，升高片是否断裂以及是否存在换向器片间短路。
片间电阻检查通常采用压降法，也可采用专用片间电阻测量仪。
b.换向器摆度测量。
当换向器变形或偏心时，在运行时将会使电刷跳动，滑动接触就不理想，超过一定数值后，将导致换向恶化。
高速电机和多重路电枢绕组电机更为敏感。
c.电刷中性面的检查，直流电机电刷中性线位置，一般应严格在主磁极几何中心线上，对于大型电机，可逆运行电机和高速电机尤其如此。
因为当电刷偏离主机中性线时，换向将发生超前和延迟。
纵轴电枢反应使电机的外特性发生变化，对可逆转电动机来说，两个转向下转速不同而且外特性也不同，两个转向时换向强弱也不同。
在电刷偏离中性位置较大时，由于换向元件进入主极磁通区，电机将产生空载火花。
d.极距、刷距和气隙的检查与调整。
直流电机各排电刷之间的距离，主极之间和换向极之间距离应力求相等。
因为刷距和极距不等则会造成各排电刷下被短路元件在磁场中位置不一样，换向极磁场和换向元件电抗电势波形不重合，各个刷架下火花不等会使电机换向不正常。
(1)刷距允许误差通常为±0.5mm，一般用铺纸等分法来检查和调整。
方法如下：首先将电机上一排刷架电刷位置调整好，使这排电刷边缘正好与一个换向片边缘重合，然后在换向器表面铺一张纸，在接缝处作好搭接标记后取下，将纸以极数进行等分；划好等分线后，再铺在换向器上，使调整好位置电刷的边缘正好压在一条等分线上，再将全部电刷落下，电刷边缘与等分线的距离就是刷距等分的误差，如将全部电刷按等分线调整，则可以纠正刷距误差。
(2)极距检查与调整。
极距允许误差为±0.75mm。
极距较准确的测量一般采用磁极靴上划中心线，再用游标卡尺和卡钳等进行测量，可以得到较精确的结果。
当电机装配完后，电枢不能抽出的情况下，可以用卡钳测量极靴边缘之间的距离，也可以检查极距等分误差。
(3)气隙检查与调整。
直流电机主极和换向极气隙必须均等，如气隙不均，则各极下磁阻不等，在相同励磁磁热下，磁流量不相等，在部分刷架下火花就会较大。
同时，由于主极下磁通量不等，还将出现电枢绕组内环流和单边磁拉力。
直流电动机主极和换向极的允许偏差均为±5%。
气隙检查通常用普通塞尺和专用固定斜度塞尺进行测量，当气隙超过规定公差时，可将主极或换向极固定螺钉松开，依*调节极顶磁性垫片来调整气隙，以符合规定公差。
e.电刷和刷握工作性能检查
(1)弹簧压力的调整。
直流电机电刷单位压力，一般规定在1.6～2.4N/cm2，并且要求全部电刷压力差不超过±10%。
电刷压力也是保证正常换向的重要条件。
电刷压力过小，会造成电刷跳动和接触压降不稳定；压力大，接触压降减小；但压力过大，则可能造成电刷机械磨损增加，换向器温升增高。
(2)刷握间隙检查。
电刷与刷握的间隙应符合一定公差，间隙过大，电刷在刷握内晃动，影响接触的稳定，有时还产生“啃边”现象；但间隙过小时，影响电刷在刷握内的自由滑动，甚至被“卡死”。
(3)刷握离换向器表面距离的检查。
刷握离换向器表面距离应保持在(2.5±0.5)mm范围内。
刷握离换向器表面距离与电刷保持稳定、防止电刷振动有很大关系。
双斜刷握与换向器表面的距离，还影响电刷宽度，当距离过大时，电刷还将产生“顶角”，影响工作。
刷握距离可用厚度为2mm和3mm的绝缘板条进行检查，当距离超过允许值时，可用2.5mm厚绝缘板垫在刷握下，作为调整基准进行调整。
(4)电刷材质和镜面检查。
电刷是构成滑动接触的主要部件，电刷材质和工作状态不正常，将影响滑动接触，或造成换向恶化。
一般说，不同型号的电刷，最好不要混用。
电刷镜面在换向正常时是平滑光亮的。
换向火花较大时，就会出现雾状和灼痕。
当电刷中含有碳化硅和金钢砂等杂质时，镜面
中就会出白色斑点或在旋转方向留下细沟。
(5)换向器表面工作状态的检查。
以保持良好滑动接触、减少电刷磨损和防止片间闪络可能性。
(6)主极、换向极绕组极性与匝间短路的检查。
直流电机定子绕组个别极性错误和匝间短路，都将影响换向。
尤其当换向极极性相反时，由于换向电势和电抗电势不能抵消，反而相加，因此即使在很小负载时也将出现严重火花。
极性检查可按图纸核对，也可用电阻磁针检查。
主极匝间短路通常用交流压降法检查。
补偿和换向极绕组匝间短路一般可用外观检查发现。
例如当端部连接线因变形相碰短路时，通过仔细观察都可以发现。
不易发现的短路故障，可在绕阻中通入适当电流，用直流压降法检查出来。