直流电机中电刷火花产生的原因分析及解决方法

直流电机中电刷火花产生的原因分析及解决方法
摘要：直流电机在运行时，电刷与换向器之间很容易产生
火花，而火花对电机的运行会带来危害，当火花的级别太大时，
甚至会烧坏电机的运行设备。

本文就通过对火花产生的原因的分
析来找出在实际中的解决方法。

关键词：直流电机电刷火花解决方法
直流电机在运行时，在电刷和换向器表面之间常有火花产
生，火花通常是出现在后刷边(换向器离开电刷的一侧)。

当火
花在电刷上的范围很小时，对电机运行不会有什么影响。

但当火
花在电刷上的范围较大时，则对电机的运行将带来危害，尤其是
放电性的红色电弧火花，会加速电刷与换向器的磨损，甚至使励
磁机损坏，这时我们就必须及时检查纠正。

一、火花产生的原因分析
(一)电磁方面的原因
换向元件在换向时，由于受到某些磁场的影响，以及由于自
感及互感作用在换向元件中感应出有以下三种电势。

1、电抗电势。

这是由自感和互感现象产生的电势，互感电
势是指别的换向元件中的电流发生变化时引起我们所研究的换向
元件中产生感应电势，自感电势是指由于自身的电流发生变化而
在它的换向元件中产生感应电势，这两种电势我们合称为电抗电
势。

由于自感和互感电势的方向总是阻碍电流的变化，因此自感
与互感电势的方向与元件换向前的电流方向相同。

2、电枢电势。

直流电机中存在两种磁场，一是由我们给励
磁绕组加入通人的直流电所产生的磁场，这个磁场我们称为主磁
场；另一个是当电机有负载时，电枢绕组中有电流通过，这个电
流也要产生一个磁场，我们把这个磁场称为电枢磁场。

这就使得
在有负载的电机中，主磁场和电枢磁场同时存在，这两种磁场会
相互影响，这种影响叫做电枢反应。

换向元件切割此电枢反应磁
通n1『产生的电势称为电枢反应电势。

其方向也和换向前该元件中
的电流方向相同。

3、换向极电势。

由前分析可知，电抗电势和电枢电势的方
向相同，两者相互叠加，这将导致换向元件回路中产生较大的附
加电流，为了减少此对电机的影响，一般都在直流电机中安装换
向极。

换向极安装在主磁极之间的几何中性线上，使换向元件切
割换向极磁场产生换向极电势，此电势的方向与前两者相反，起
到抵消的作用。

(二)机械方面的主要原因有：1、换向器偏心；2、换向器
表面换向片或云母片凸出；3、换向器表面污染；4、电刷压力不
合适；5，电刷与刷盒配合不好使两者太紧或太松；6、电机装配
不良或动平衡不好引起运行时的振魂7、电刷位置安装不正确
8、电刷接触面研磨不光滑换向极气隙不均匀。

二、防止火花的产生的几个主要措施
(一)加装换向极。

利用换向极在换向元件中产生的换向极
电势来抵消，这是改善直流电机换向最有效的方法，因此目
前一般的直流电机都装有换向极。

(二)合理选用电刷。

要求电刷与换向器表面的接触电阻尽
量大些，同时电刷耐磨性要好。

直流电机中一般都采用电化石墨
电刷，低压大电流的电机一般采用金属石墨电刷。

对换向特别困
难的电机可采用分裂式电刷。

(三)调整电刷的压力．当电刷的压力压得太紧，会加快电刷
和换向器的磨损。

压得太松，会造成电刷和换向器之间的接触不
良，产生火花，烧蚀换向器，产生火花，严重时烧蚀集电环而产生
麻点，亦将导致集电环过热。

所以要调整好电刷的压力，使电刷与
刷盒之间要配合良好，刷握盒内表面应当光滑平整无毛刺，刷盒内
孔粗糙度Ra小于2 u m，电刷在刷盒内能自由均匀滑动，无卡阻现
象，另外应注意电刷的编织导线不能与机壳或其它电刷产生相碰。

(四)选择合理的电刷的材质与型号．电刷的材质与型号应
根据发电机的运行条件来选择，选择时，可以按电刷的类别、型
号、电阻率、硬度、接触电压降、磨擦系数、额定电流密度、最
大圆周速度、应用范围等方面进行综合考虑和选择。

(五)正负电刷的数量应相等．对于电刷数量过少的，可校
合每只电刷的单位载流量。

检验计算电刷在运行中实际承受的电
流密度是否超过其允许范围，与允许范围相比有没有一定的裕
度，然后按需要在集电环上增加适当数量的电刷。

操作时应注意
正确安装电刷，保证各电刷之间的刷距应相等，电刷与集电环应
该接触良好，正负电刷数量应相等。

由上述的分析我们可知，要解决电机中火花的产生现象，在
实际中需从以下几个方面着手：1，缩短测量励磁机转子绕组片
间直流电阻的周期，可以较快发现转子绕组阻值的变化情况，将
各组绕组相互进行比较并与历年情况比较，可以有效地检测出片
间直流电阻缺陷。

若周期过长，到大修时才测，不能及时发现片
间直流电阻轻微的变化，此外应注意测试值的历年变化，缩短检
测周期。

2，对励磁机电刷火花各种故障类型平时要善于综合归
纳，积累丰富的数据资料。

·同时要结合现场设备实际情况来进行
分析判断。

3、励磁机定期计划解体大修也有负面影响，设备解
体后发现状态尚佳或仅有局部缺陷，常可运行一段时间。

所以应
逐步由计划检修过渡到状态检修，根据设备状态，决定是否需要
和何时适宜预防性检修，即状态检修。

参考文献：【1】．《电工手册》．上海科学技术出版社出版，
1 978年．【2】2．(《电气试验》．武汉中试电力试验设备有限公司出版，
第23期，第28期，第30期．【3】．(《电机与变压器》．高等教育出版
社，2005年．【4】．嵌电机与变压器》．中国劳动出版社，1994年
(作者单位：重庆工贸职业技术学院)
换向磁极是怎么减少换向器与电刷间火花产生的？
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，才能排除故障，改善换向。

检杏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囚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，它包括下面几个主要项目。

一、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。

二、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。

三、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。

四、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士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组合，然后在换向器表面铺一张纸，在一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。

极距允许误差为士0.75 mm。

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，在相同的励磁磁势下，磁流最不相等，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土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，依靠调节极顶磁性垫片来调整气隙，以符合规定公差。

五、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士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士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重要部件，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刚砂等杂质时，镜面中就会出现白色斑点或在旋转方向留下细沟。

六、换向器表而工作状态的检查。

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。

七、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。

例如当端部连接线囚变形相碰短路时，通过仔细观察都可以发现。

不易发现的短路故障，可在绕组中通入适当电流，用直流压降法检查出来。