西安電機修理服務公司專業(yè)從事：
直流電動機原理、結(jié)構(gòu)和分類：
一、工作原理和分類
（1）直流電動機的特點
直流電動機的特點是：
1）優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速范圍寬廣、調(diào)速平滑、方便。
2）過載能力大，能承受頻繁沖擊負載，而且能設計成與負載機械相適應的各種機械特性。
3）現(xiàn)快速起動、制動和逆向運轉(zhuǎn)。
4）能適應生產(chǎn)過程自動化所需要的各種特殊運行要求。
以上這些特點，是交流電機（特別是大功率交流電機）比較難的。所以到目前為止，功率較大要求較高的現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)中，一般采用直流電動機驅(qū)動。
與交流電動機相比較，直流電動機也存在一些弱點：消耗有色金屬材料較多，制造工藝較復雜，因此制造成本相對也高一些，而且運行運行維護較困難，所以其應用也受到一些限制。
（一） 直流電動機主要用途
冶金工業(yè)中作為各種軋鋼機的驅(qū)動電機，主要特點是能在不同轉(zhuǎn)速下運行，并能承受頻繁的沖擊過載，頻繁起、制動和逆轉(zhuǎn)、在采礦工作中，作為礦山卷揚機和電鏟驅(qū)動電機，主要是有良好的調(diào)速特性和高過載力矩。在交通運輸方面作為大型船舶推進和機車動力，主要利用它能快速起動和高起動轉(zhuǎn)矩的特點。機床工作上用作為寬調(diào)速大型車床和巨型友門刨床的驅(qū)動，主要利用它的優(yōu)越調(diào)速特性。此外，在城市交通、大型起動設備、船舶、航空和國防工作中，直流電動機都得到廣泛的應用。
（二） 直流電動機工作原理
直流電動機的作用原理是將直流電能轉(zhuǎn)換成軸上輸出的機械能。
和所有旋轉(zhuǎn)電機一樣，直流電動機要進行能量交換，必須要有耦合磁場，以及與耦合磁場具有相對運行的電路。直流電動機勵磁繞組和電樞繞組合成磁勢在氣隙內(nèi)建立合成磁場――靜止氣隙磁場，即直流電動機的耦合磁場；由電樞繞組元件構(gòu)成的電樞繞組合閉合回路，即是相對耦合磁場運動的電路。當能過電刷由外電路輸入直流電能時，載流的電樞繞組和氣隙磁場相互作用，就產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，在軸上輸出機械能，從而實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)變。
在直流電動機中，電樞繞組元件所受的電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)文向都一致的。
（三） 直流電動機分類
一、 直流電動機可根據(jù)其勵磁方式，容量等級和用途進行分類，止前較普遍的是以用途進行分類。
二、直流電動機結(jié)構(gòu)
（一） 直流電動機結(jié)構(gòu)型式
直流電動機結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)其容量大小和工作環(huán)境和運行方式不同而有很大差別。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)矩大小，結(jié)構(gòu)上可分為大、中、小型；根據(jù)防護方式不同，又可分為開啟式、防護式、防滴式、全封閉式和封閉防水式。但是不論結(jié)構(gòu)型式差別如何，其主要結(jié)構(gòu)部件和功能還是相同的。
直流電動機主要是四定子、轉(zhuǎn)子（電樞）、電刷裝置以及支承保護結(jié)構(gòu)件等所組成。
由于大、中、小型直流電動機使用要求和運行條件不同，結(jié)構(gòu)上差別較大。
（二） 直流電動機主要結(jié)構(gòu)部件
直流電動機包括下面幾個主要部分：
1. 定子
是產(chǎn)生磁場，構(gòu)成磁路的部分，由主磁極、換向極、機座和補償繞組所組成。當電樞直徑超過1000mm時，定子一般采用分半結(jié)構(gòu)。
主磁極：是產(chǎn)生勵磁磁勢和建立主磁場的，由鐵心、勵磁線圈和極身絕緣組成。
主極鐵心：一般由1～2mm鋼板沖成的沖片疊壓而成，用鉚釘、螺釘或焊接方法裝配成一個整體。一般電機的主極沖片不需要絕緣處理，但對于要求勵磁回路時間常數(shù)小，以及晶閘管供電電機中，則沖片需刷漆，固緊螺桿與鐵心需絕緣。
中小型電機主極線圈一般均采用絕緣導線多層繞制而成。對勵磁電流較大的大型電動機，往往采用裸銅排扁繞而成。
極身絕緣有絕緣框架、極身直接熨包絕緣和模壓極身絕緣三種結(jié)構(gòu)。
換向極：是建立一個抵消電抗電勢的換向磁場，以改善換向。由換向極線圈、鐵心和極身絕緣所組成。
換向極線圈多數(shù)是由裸銅線扁繞而成，匝數(shù)較多的換向極線圈中間墊以匝間絕緣，匝數(shù)較少時，往往用墊塊隔開，以改善通風冷卻條件。
換向極鐵心：除了小型電機用整體鐵心之外，其余電機一般也由1～2mm沖片疊裝而成。對于晶閘管供電的電動機，換向析鐵心也需要絕緣處理。
換向極極身絕緣：多數(shù)采用極身上直接熨包云母板或玻璃坯布等絕緣材料。
機座：是構(gòu)成直流電動機磁路的一個部分，同時又起支承主極、換向極和端蓋的作用，直流電動機的負載的反作用扭矩，也是通過機座傳遞到基礎上同，因此機座要有足夠剛度的鋼板焊接而成，晶閘管供電大型電動機，為了減少時間常數(shù)和改善動態(tài)換向，一般也用1～2mm沖片疊成。考慮運輸、安裝和檢修的方便，大型電動機機座通常做成分半式。
補償繞組：是為抵消橫軸電樞反應和改善換向而設置的，它放置在主極極靴的槽內(nèi)，中型以上直流電動機都有補償繞組。補償繞組能提高電機的過載能力和減少環(huán)火可能性。
2. 電樞
是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)部件，由電樞鐵心、電樞繞組、電樞支架、換向器和轉(zhuǎn)軸組成。
電樞鐵心：是由兩面刷漆的0.35～0.5mm冷軋硅鋼片或熱軋硅鋼片疊壓而成，要求有較高的導磁率和較小的鐵耗。其外圓表面開有很多槽，以放置電樞繞組，不但起固定繞組作用，而且使槽內(nèi)導體免受過大電磁力的作用。中、小型電機電樞鐵心直接套在軸上，大中型電機的鐵心都套在支架上。
電樞繞組：是實現(xiàn)能量交換的主要部件，一般放置于伯心槽內(nèi)，用槽楔固定，防止離心力將繞組甩出，端部梆扎用鋼絲或經(jīng)增強塑料處理的玻璃絲無緯帶，亦是起固定和防離心作用。
電樞繞組種類很多，對于電機的換向和散熱影響很大，往往根據(jù)不同的使用情況加以選擇。為了減低電抗電勢，度心頭電樞繞組散熱條件，目前已出現(xiàn)一種取消槽楔，改用無緯帶梆扎電樞繞組結(jié)構(gòu)型式。
電械支架：是大、中型電機電樞鐵心的支撐件，必須要有較好的強度和剛度，同時也必須有利于通風和減輕重量。
換向器：和電刷裝置一起構(gòu)成直流電機的滑動接觸，將外電路的直流電引入電樞，并轉(zhuǎn)換成電樞內(nèi)的交流電勢。最常見的換向器是拱形，換向器主要由換向片、片間云母、v形以及壓圈、套筒等緊固件組成。
轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸是電樞主要支撐件，它不但要傳遞扭矩，而且還要承受電樞重量、單邊磁拉力，軸向推力和系扭振時產(chǎn)生交變力矩，因側(cè)它必須具有足夠的強、剛度和疲勞壽命。
直流電動機轉(zhuǎn)軸通常是實心軸，其材質(zhì)通常為優(yōu)質(zhì)中碳鋼、低合金鋼或合金鋼。為了減輕重量，心頭通風和增加剛，在大型電機上，也有采用焊接軸和薄壁應力軸（即空心軸）。
3. 電刷裝置
是構(gòu)成滑動接觸的結(jié)構(gòu)部件之一，由電刷、刷握、刷架以及刷桿座圈所組成。要求有足夠的剛度，在運行中能保持恒定彈簧壓力，保持與換向器的良好接觸，刷距應嚴格等分，以保證良好換向。并應考慮在日常維護工作中，能方便的調(diào)整中性面和更換電刷。
4. 支承和保護部件
這些部件包括軸承、端蓋（罩）、底板等支承部件，以及過速測速裝
置、埋沒測溫元件和裝設在電機內(nèi)的電加熱器等保護裝置。
三、直流電動機勵磁方式
直流電動機勵磁方式：
直流電動機勵磁繞組供電方式稱為勵磁方式。直流電動機勵磁方式一般可分：
1)他勵式。勵磁繞組由其它電源供電。永磁式直流電機亦歸屬這一類。他勵式電機勵磁磁勢與電樞電流無關(guān)，不受回路影響。同時這種勵磁方式具有較硬的外特性，一般用于大型和精密直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)中。
2)并勵式。電動機的勵磁繞組和電樞由同一電源供電。并勵方式優(yōu)點可以省略一個勵磁電源，但是一般用于恒壓系統(tǒng)，只以恒功率方式調(diào)速，由于勵磁電壓恒定，磁場變阻器上損耗較大，只用中、小型直流電動機，其外特性曲線與他勵方式基本相同，具有較硬外特性。并勵方式一般能進行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
3)積復勵式。除并勵繞組外，還接入一個與電樞回路相串聯(lián)，勵磁磁勢方向和并勵繞組相同的少量串勵繞組。
這類電動機具有較大的起動轉(zhuǎn)矩，其外特性較囫，多用于起動轉(zhuǎn)矩較大，而負載變化較小的驅(qū)動系統(tǒng)中。
除并勵繞組可加上串勵繞組構(gòu)楊積復勵外，有時為了同樣的目的，他勵繞組加上串勵繞組，亦可構(gòu)成積復方式，因此還有并積復勵和他積復勵方式之分。
由于積復勵方式兩個方向轉(zhuǎn)速和運行特性不同，因此不能用于可逆驅(qū)動系統(tǒng)中。
4）差復勵式。除并勵繞組外，還接入一個勵磁磁勢方向和并勵繞組相反的少量串勵繞組。這類電機起動力矩小，但是其外特性較平，有時還出現(xiàn)上翹特性，一般用于起動力矩小，而要求轉(zhuǎn)速較平穩(wěn)的小型恒壓驅(qū)動系統(tǒng)中，這種勵磁方式，同樣不能用于可逆驅(qū)動系統(tǒng)中。
5）串勵式。其磁繞組和電樞回路相串聯(lián)。這種電機具有較大的起動轉(zhuǎn)矩，但其特性較囫，空載時將有極高的轉(zhuǎn)速，通常用于車輛牽引驅(qū)動系統(tǒng)中。串勵電動機不能空載運行。
直流電動機的外特性和勵磁方式密切相關(guān)，采用不同勵磁方式，可以得到不同的外特性。他勵和并勵電動機具有平的外特性，稱硬特性，積復勵和串勵電動機具有下垂的外特性，稱囫特性。差復電動機外特性是上翹的特性，運行時容易出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。
四、銘牌數(shù)據(jù)、額定值及出線標志
（一）銘牌電動機與額定值
直流電動機銘牌上規(guī)定的各種數(shù)據(jù)，通常稱額定值，是指電機在規(guī)定的使用環(huán)境和運行條件下正常數(shù)值。是選用和使用電動機的依據(jù)。
直流電動機的銘牌中額定值的含義如下：
1）型號。通常包含有電動機的系列，機座號與鐵心長度等幾個內(nèi)容。有的還包括電機極數(shù)。例如：ZLD250/145-12：
ZLD 表示直流冶金用電動機系列。
250表示機座號，即電樞外徑是250cm。
145表示鐵心長度，即鐵心長度是145cm。
12表示電動機為12極。
又如Z2－82：
Z2表示工業(yè)用普通直流電機第二次改型系列。
8表示8號機座，即電樞直徑為24.5cm。
2表示2號鐵心長度，即鐵心長度為18cm。
2）額定功率。指直流電動機長期使用時軸上允許輸出的機械功率。
3）額定電壓。是指電動機在額定值條件下運用時，施加于電動機兩端的輸入電壓。
4）額定電流。是指電動機在額定電壓下輸出額定時，長期運轉(zhuǎn)允許輸入的工作電流。
5）額定轉(zhuǎn)速。直流電動機銘牌上往往規(guī)定有低和高兩個轉(zhuǎn)速，低轉(zhuǎn)速是指基本轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)速是指最高轉(zhuǎn)速。電動機在基本轉(zhuǎn)速以下，采用改變電樞端電壓的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在基本轉(zhuǎn)速以，采用弱磁恒功率調(diào)速。
6）勵磁方式。是指勵磁繞組供電方式，通常有他勵、并勵、復勵和串勵。
7）勵磁電壓。勵磁電壓是指勵磁繞組供電電壓。勵磁電壓必須要大于額定勵磁電流在勵磁繞組最高溫升時，繞組電阻上產(chǎn)生的勵太壓降的數(shù)值，否則就會使電動機達不到額定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
8）勵磁電流。是指電動機在基本轉(zhuǎn)速時，電動機達到額定功率所需勵磁電流。
9）定額：是指電機以額定允許持續(xù)運行的時間。一般分連續(xù)制、斷續(xù)制和短時制三種。
10）絕緣等級。是指直流電動機所采用的絕緣材料的耐熱等級。超額定值運行，會使電動機產(chǎn)生換向困難、發(fā)熱、應力增加和絕緣裕度降低等問題，縮短電機壽命。因此直流電動機要超額定值運行，事先必須進行詳細核算和試驗。
選用電動機必須根據(jù)負載性質(zhì)和大小來合理選用，如果選用電動機容量過大時，不但設備容量沒有發(fā)揮。而且電動機長期低負載運行，經(jīng)濟性較差，不利于節(jié)能。對于可逆運轉(zhuǎn)直流電動機來說，容量選大還意味著電機轉(zhuǎn)動慣量的加大，使驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)特性變壞，造成時間浪費和生產(chǎn)效率的降低，因此，從節(jié)能和保證安全運行觀點出發(fā)，必須合理選用合適電機。
在銘牌和技術(shù)條件上未作規(guī)定的運行條件，如海拔高度、環(huán)境溫度等等，均應符合國家標準的規(guī)定，如果不符合國家標準規(guī)定條件時，必須折算到國家標準規(guī)定條件，如海拔超過1000mm和環(huán)境溫度超過40°C時。
（三） 直流電動機出線標志
為了便于用戶接線，制造廠在直流電機出廠時，在繞組出線端或接板上，都標有出線端標志。
1)電機內(nèi)有幾組同樣名稱的繞組，或一種繞組分幾路引出機外時，其始端和末端除用字母標志外，還需以數(shù)字1-2，3-4，5-6等作為注腳。
2)對于繞組內(nèi)電流方向是這樣確定的，對于右轉(zhuǎn)電動機其繞組是的電流（除主極上的去磁繞組外），都由始端流向末端。
換向故障的處理
一、火花產(chǎn)生原因和等級
(一)換向火花劃分原則
保持電刷與換向器良好的工作狀態(tài),保持優(yōu)良的換向性能是保證直流電機安全的重要條件。通常情況下，電機無火花運行（或微弱的無害火花下運行），換向器表面氧化膜均勻而有光澤，電刷與換向器磨損輕微等均可認為是良好的換向性能的表征。相反，強烈的換向火花，換向器表面氧化膜破壞或異常，電刷與換向器之間滑動接觸不穩(wěn)定，電刷與換向器的異常磨損等都是換向不良的癥狀，將直接威脅電機運行。
火花是電刷與換向器之間的電弧放電現(xiàn)象，是直流電機換向不良的最明顯標志。由于輕微的電刷火花釋放能量微弱，不會構(gòu)成對電機運行的危害，故稱無害火花。較強的電刷火花其能量將會破壞電刷與換向器之間的滑動接觸，灼傷電刷鏡面和換向器表面氧化膜，使兩者磨損增加，并造成惡性循環(huán)，這種火花屬有害火花。更有甚者，由于強烈的電刷火花使電刷磨道上空氣游離，因電弧飛越而導致環(huán)火事故對電機造成巨大的損壞，構(gòu)成對直流電機運行的威脅。
不同的換向火花對直流電機運行的影響和危害不同，為了確定換向火花對直流電機運行的影響和危害，必須要劃分火花等級。
換向火花是電刷和換向片脫離接觸時換向元件中釋放電磁磁量，以電弧放電形式表現(xiàn)出來。根據(jù)對換向火花研究表明，它是一種頻譜廣闊的電磁波，其頻譜主要范圍是30KHZ至1MHZ。換向火花的危害性應根據(jù)火花能量的標志，可以作為評價換向火花的標準。但由于火花測量十分復雜和困難，因而通常以火花亮度、密集程度和大小作為劃分火花等級的依據(jù)。
世界各國對于火花劃分標準各不相同，但是所有這些標準都是根據(jù)換向火花的亮度、密集程度、大小以及對電刷和換向器的損害表現(xiàn)，來劃分換向火花等級的，由于至今尚未有某種儀器可精確測定換向火花等級，都是由觀察者目視決定的，因而不可避免的帶有火花觀察者的某些主觀因素。
(二)火花等級
GB755-87標準規(guī)定的火花等級，是用兩種方法加以判別的。一是電刷下火花特征，即火花大小、亮度和密集程度；二是火花對換向器表面和電刷的損害程度。
在上述火花等級標準中可以看出，1級和11/4級火花是無害火花，11/2級火花雖然在換向器和電刷表面產(chǎn)生輕微灼痕，但仍允許長期運行，不致造成對電機的威脅；2級火花的電弧能量較大，會造成對換向器和電刷的灼傷，是有害火花，只允許在過載時短時出現(xiàn)；3級火花是危險火花，它能導致環(huán)火事故，不允許經(jīng)常出現(xiàn)。
當直流電機采用晶閘管供電時，換向火花通常會比電池或機組大一些，原因是晶閘管供電電動機火花是含有交流分量，用眼睛觀察到的火花亮度雖然大一些，但是實際上其電弧能量較小。
(三)火花產(chǎn)生原因
良好換向的前提是電刷與換向器之間穩(wěn)定的滑動接觸，主要是保持換向器氧化膜動態(tài)平衡，為此必須滿足必要的機械、電氣條件和適當?shù)奈锢怼⒒瘜W因素。當必要的機械、電氣條件不能滿足，物理、化學因素要改變時，由于氧化膜動態(tài)平衡的改變，滑動接觸變得不穩(wěn)定，就會產(chǎn)生換向火花。產(chǎn)生換向火花的原因可以歸結(jié)為下面幾個方面。
1． 電磁原因
如果換向元件內(nèi)的合成電勢不等于零，根據(jù)電磁理論，換向元件中產(chǎn)生的附加換向電流就會造成電刷前后刷邊電流密度分布不均勻，電刷與換向片接觸或脫離時，元件內(nèi)換向附加電流并未為零，元件內(nèi)的電磁能將以火花形式釋放出來。延遲換向火花產(chǎn)生在后刷邊；超越換向火花將產(chǎn)生在前刷邊。
電樞繞組開焊或片間（匝間）短路都會造成電路上的不對稱，亦將造成嚴重火花。
當電樞繞組為不對稱多重繞組時，由支路間的電勢不對稱，在換向元件中產(chǎn)生一個脈動電勢，將產(chǎn)生空載火花，負載時將加大。
電刷不在幾何中心線上時，如換向元件進入主極區(qū)，換向元件因切割主磁通，將產(chǎn)生空載火花。
2． 機械原因
換向器表面工作狀態(tài)不良，如換向器突片或變形、片間云母片突出、換向器表面粗糙、電樞動平衡不好和電機振動等都將造成電刷與換向器之間無法保持穩(wěn)定接觸，而產(chǎn)生火花。電刷和刷握的工作狀態(tài)不良，如電刷與刷握的間隙不合適、電刷壓力不均勻、過大或過小、電刷材質(zhì)不合適和刷握結(jié)構(gòu)形式不合適德行，都影響滑動接觸，也將產(chǎn)生火花。
3． 電機負載及周圍環(huán)境
電機嚴重過載時，由于電抗電勢增加，換向極磁路飽和，電刷電流密度過大，換向火花將加大。沖擊性負載、電流變化率過高將導致?lián)Q向極磁通滯后，造成造成換向困難而產(chǎn)生火花。
當濕度太高或太低、溫度過高或過低、周圍存在油霧或有害性氣體和含塵量過高等都會導致氧化膜平衡的破壞，無法形成正常氧化膜而影響正常滑動接觸而產(chǎn)生火花。
產(chǎn)生火花的因素很多，而很多的因素又是相互影響的，在分析和檢查換向火花產(chǎn)生原因時，必須根據(jù)實際運行條件來加以區(qū)分，以針對解決。
二、換向惡化原因的檢查與處理
換向火花產(chǎn)生原因是多種多樣的，必須在復雜眾多的因素中，找到主要原因，針對性排除故障，恢復正常的換向。
尋找換向惡化原因的方法，通常稱換向條件正常化檢查，是直流電機換向事故處理最常用辦法。其原理是這樣的：一臺直流電機在剛投入運行或過去一直運行，換向一直是正常的，而在以后運行過程中，逐漸變壞或突然惡化，說明電機在換向惡化前，其運行狀態(tài)、滑動接觸、電機結(jié)構(gòu)和各部件工伯情況是正常的。在電機運行過程中，某些部件的工作狀態(tài)發(fā)生了改變，從而破壞了滑動接觸，改變了正常的換向狀態(tài)，而導致?lián)Q向的惡化。如果通過各種檢查項目，對影響電機換向的機械電氣條件和物理化學因素進行全面檢查和調(diào)整，使其能恢復原來的正常狀態(tài)，則換向也能恢復正常。
換向正常化檢查是采用不同的檢查方法，尋找換向事故原因并排除故障，通常包括下面幾個項目。
(一) 換向器片間電阻測量
當電樞繞組發(fā)生斷線、開焊、匝間短路，或換向器發(fā)生升高片斷裂、片間短路時，造成電磁上的不對稱，將會產(chǎn)生換向火花。測量片間電阻就能發(fā)現(xiàn)電機是否存在上述故障。
片間電阻測量通常采用壓降法，也可以采用專用片間電阻測量儀。
用壓降法測量片間電阻時，把相等的測量電流依次通入兩個相鄰換向片，并用毫伏表測量通電兩換向片間的電壓降。如果電樞繞組和換向日歷的焊接是良好的，沒有短路開焊和斷線，則全部換向器片間電壓降應該相等（非全均壓出現(xiàn)很小變化）。片間電阻測量得最大值或最小值與平均值之比，誤差應不大于5%。測量結(jié)果如符合上述標準，說明電樞繞組和換向器存在開焊或短路時，則故障點所在的換向片間電阻值與平均值之間出現(xiàn)較大的差別，可以確定故障所的部位和性質(zhì)。
如果電樞繞組是蛙繞組，由于在換向片之間構(gòu)成了復雜的等值電路，當繞組并頭套或換向器焊接有一處焊接不良或開焊時，片間電阻即會出現(xiàn)以極對數(shù)為周期的正弦變化規(guī)律，其中最高峰值即為故障所在位置。相反，當繞組和片間有短路點時，片間電阻正弱律變化的最低點即為故障所在位置。
在測量片間時，應注意以下幾點：
1) 測量時，電源電壓要穩(wěn)定，避免電壓波動影響結(jié)果。
2) 對于中、大型直流電機，必須用較大的電流（30～40A）通入換向片，才能較準確發(fā)現(xiàn)故障點。由于測量電流較大，送電棒和換向片脫離接觸時必然會產(chǎn)生電弧，因此，測量最好在換向器非工作表面進行，以免破壞換向器工作表面。
3) 測量操作時應注意，送電棒和測量不能直接相接觸，以免損壞毫伏表。
片間電阻測量儀是測量片間電阻的專用設備。在事故搶修和現(xiàn)場測量時，壓降法測量需4～5人同時操作，所需設備和儀器也較多，現(xiàn)場準備工作時間較長，有不便之處。現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)研制成功了專用片間電阻測量儀。PD-1型片間電阻儀是根據(jù)壓降法原理設計的。它由穩(wěn)壓器、調(diào)壓器、整流器、測量回路和保護五個部分組成。
PD-1型片間電阻測量儀技術(shù)性能如下：
測量電流：0～50A連續(xù)可調(diào)。長期工作制30à，2h工作制40A，短時工作制50A。
測量精度：面板表頭為1.5級；外接精密毫伏表0.5級。穩(wěn)定性：電源電壓波動±10%，輸出電流變化小于±1%。外形尺寸：180mm×380mm×410mm。重量：16kg。
片間電阻測量儀大大減少現(xiàn)場測量的準備工作，也可減少現(xiàn)場測量的操作人員，已被不少單位采用。
(二) 換向器擺度檢查
換向器在長期運行后，由于云母材料中有機物的揮發(fā)產(chǎn)生收縮，緊固件的松動等使整體結(jié)構(gòu)松弛而片間壓力降低，產(chǎn)生變形和突片。當換向器變形或偏心時，在運行時將會使電刷跳動，滑動接觸穩(wěn)定性受到干擾，將產(chǎn)生機械性火花，嚴重時火花加大，換向器表面出現(xiàn)燒傷和氧化膜破壞，導致?lián)Q向惡化。高速電機和多重路繞組電機的換向，對于換向器變形更為敏感。
當電機換向火花較，面且發(fā)現(xiàn)電刷跳動現(xiàn)象時，必須檢查換向器擺度。
1． 換向器擺度測量，通常有兩種方法：
1)在低速運行或盤車時，可用千分表直接測量，在千分表的端頭上套
上一個絕緣套，千分表座最好是磁吸式的，吸牢在鐵板制成的基座上。根據(jù)電機盤車時千分表指針擺動范圍，和換向器對應部位，即可測得換向器擺度和確定突片位置。
2)對于無法盤車和低速運行的電機，換向器的擺度可用測振儀來測量，先將測振儀進行校準，在測振探頭——拾振器的探桿上，套上一個絕緣套，可用手持或用套圈固定拾振器，使之接觸電刷壓板或刷握的壓指，即可從測振儀讀得換向器擺度，如果將測振儀的輸出接至示波器或記錄器，即可以讀得變形數(shù)值并觀察振動波形。
用測振儀測得的換向器擺度有時會有一定誤差，這是由于電機在高速轉(zhuǎn)動時，電刷的起伏幅度中，不僅有乳白色向器的擺度，還包括了電刷的慣性跳動。
2． 允許擺度
在測量擺度時，應區(qū)分是換向器變形和偏心，還是凸片（或凹片），
當換向器由于變形和偏心造成擺度時，在電機旋轉(zhuǎn)時，擺度是逐漸過渡的，換向片之間徑向的變化梯度較小，電刷的隨從性較好。
由凸片（或凹片）造成的換向器擺度，其換向片局部位置在半徑方向的變化梯度較大，電刷隨從性不好，易引起電刷跳動，對滑動接觸的影響較大。根據(jù)運行實踐，凸片（或凹片）數(shù)值δm應限制在下列范圍:
vk≥40 m/s δm＜0.01㎜
15m/s≤vk＜40 m/s δm＜0.02㎜
vk ＜15m/s δm＜0.05㎜
當換向器擺度超過額定值時,換向器必須進行車削.
(三) 電刷中性面的檢查
直流電機電刷中性線位置，一般應嚴格在主磁極幾何中心線上，對于大型電機、可逆運行電機和高速電機尤其是如此。因為當電刷偏離主極中性線時，換向?qū)l(fā)生超前和延遲。縱軸電樞瓜使電機的外特性發(fā)生變化，對可逆轉(zhuǎn)電動機來說，兩個轉(zhuǎn)向下轉(zhuǎn)速不同，而且外特性也不同，兩個轉(zhuǎn)向時換向強弱也不同。在電刷偏離中性位置較大時，由于換向元件進入主極磁通區(qū)，電機將產(chǎn)生空載火花。
電刷中性面檢查方法如下：將全部電刷篩起，在勵磁繞組出線端上連接一組蓄電池和一個刀閘開關(guān)。再用一個毫伏表依次測量相隔一個極距的換向片，當切斷和合上開關(guān)時，毫伏表上指針將要擺動，毫伏表讀數(shù)最小位置所對應換向片位置，即為電刷中性面的位置。
在中性面確定后，將刷架或刷焊座圈固定螺釘松開，移動刷回使刷握中心線與中性面對正，此時再緊固固定螺釘，并用漆在機座與刷上做好標志。
應該注意的是中性面檢查應在極距、刷距調(diào)整后進行，以減少誤差。
(四) 極距、刷距和氣隙的檢查與調(diào)整
直流電機各排電刷之間的距離，主極之間和換向極之間距離應力求相等。因為刷距和極距不等則會造成各排電刷下被短路的元件在磁場中的位置不一樣，換向極磁場和換向元件電抗電勢波形不重合，造成電磁上的不對稱，各個刷架下火花不等會使電機換向不正常。
1． 刷距檢查與調(diào)整
刷距雞誤差通常為±0.5㎜,一般用鋪紙等方法來檢查和調(diào)整
方法如下:首先將電機上一排刷架電刷位置調(diào)整好,使這排電刷邊緣正好與一個換向片邊緣相重合，然后在換向器表面鋪一張紙，在接縫處做好搭接標記后取下，將紙以極數(shù)進行等分。劃好等分線后，再鋪在換向器上，使調(diào)整好刷焊和刷握墊片，使每個刷架刷握中電刷的邊緣正好壓在一條等分線上，再將全部電刷落下，電刷邊緣與等分的距離就是刷距等分的誤差，如將全部電刷按等分線調(diào)整，則可要糾正刷距誤差。應該注意，在調(diào)整刷桿和刷握墊片時，應使刷握離換向器表面距離符合要求。
2． 極距檢查和調(diào)整
由于磁極固定螺釘在運行后松動，極距分布將出現(xiàn)誤差，極距允許誤差為±0.75㎜。極距較準確的測量一般采用磁極極靴上劃中心線，再用游標卡尺和卡鉗等進行測量，可以得以較精確的結(jié)果。當電機裝配完后，電樞不能抽出的情況下，可以用卡鉗測量極靴邊緣之間的距離，也可以測量出極距等分誤差。
3． 氣隙檢查與調(diào)整
直流電機各主極和各換向極與電樞間隙δ必須均等，如氣隙不均，則各極下磁阻不等，在相同的勵磁磁勢下，磁通量不相等，在部分刷架下火花就會較大。同時，由于主極下磁通量不等，還將出現(xiàn)電樞繞組內(nèi)環(huán)流和單邊磁拉力，當電機運行后，由于機座變形、軸承磨損等原因，均會出現(xiàn)氣隙不均問題。
為使定子和電樞間的空氣隙沿圓周各點均勻，設計規(guī)定允許偏差如下：
δ≤3㎜ Δδ為±10%
δ＞3㎜ Δδ為±5%
氣隙測量可采用如圖5-18a所示方法：
(1)用塞尺測量 通常用于δ＜10㎜小型電機情況。
(2)用專用氣隙斜面塞尺測量 通常用于δ=5～15㎜氣隙允許的電機中，測量比較方便。
(3)用氣隙墊塊和塞尺測量 氣隙墊塊可以加工成固定厚度，再用塞尺測量墊塊和極靴之間的氣隙值，這種方法通常用于氣隙較大的電機。
氣隙測量時應注意以下幾點：
1) 極靴和電樞表面漆膜必須刮去，測量處必須直接接觸電樞和極靴疊片。
對于大中型直流電機，要防止鐵心不圓度和轉(zhuǎn)軸彎曲造成氣隙值偏差，為得到準確的氣隙平均值，應將轉(zhuǎn)子位置每次盤車90°，共四次
(五) 電刷與刷握工作性能檢查
1. 電刷彈簧壓力的調(diào)整
合適的電刷壓力是保持滑動接觸的重要條件，電刷壓力過小，造成電刷跳動和接觸壓降不穩(wěn)定；壓力過大則可能造成電刷機械磨損增加，換向器溫升增高，電刷壓力不均勻，風吹草動會造成各電刷之間電流分布不勻和個別電刷的火花。
電刷彈簧壓力一般應保持在職16～24kPa范圍內(nèi)，而且電刷間的壓力差不超過±10%。電刷的壓力 與電刷材質(zhì)和換向器表面圓周速度有關(guān)，應合理選定。
電刷彈簧壓力測定方法如下：用彈簧稱在電刷提起方向勾起電刷壓指,在電刷下墊一紙片,當紙片能輕輕被拉出時,彈簧稱的讀數(shù),就是電刷彈簧壓力。
2． 握間隙檢查
電刷與刷握之配合應保持一合適間隙并應符合一定公差。間隙過大，電刷在刷握內(nèi)晃動，影響接觸的穩(wěn)定，有時還產(chǎn)生“啃邊”現(xiàn)象；但間隙過小時，影響電刷在刷握內(nèi)的自由滑動，甚至被“卡死”。
3． 刷握離換向器表面距離的檢查
由于刷架和刷握固定螺釘?shù)淖冃危⑽针x換向器表面距離將會發(fā)生變化。刷握離換向器表面距離應保持在2.5±0.5㎜范圍內(nèi)。
刷握離換向器表面距離與電刷應保持一定、這對防止振動有很大關(guān)系。雙斜刷握與換向器表面距離，還影響電刷寬度，當距離過大時，電刷還將產(chǎn)生“頂角”，影響工作。刷握距離可用厚度為2～3㎜的絕緣板打進行檢查，當距離超過允許值時，可用2.5㎜厚絕緣板墊在刷握下，作為調(diào)整基準進行調(diào)整。
4． 電刷材質(zhì)和鏡面檢查
電刷型號是還符合要求，鏡面是否出現(xiàn)異常，在換向火花較大時是必須檢查的。電刷是構(gòu)成滑動接觸的主要部件，電刷材質(zhì)和工作狀態(tài)對換向有很大關(guān)系，因電刷牌號不合適或工作狀態(tài)不正常，將影響滑動接觸，或造成換向惡化。
一般說，不同型號的電刷，最好不要混用。電刷鏡面在換向正常時是平滑光亮的。換向火花較大時，就會出現(xiàn)霧狀和灼痕。當電刷中含有碳化硅和金剛砂等雜質(zhì)時，鏡面中就會出白色斑點或在旋轉(zhuǎn)方向留下細溝。濕度過大或有酸性氣體，電刷表面將出現(xiàn)鍍銅現(xiàn)象。
(六) 換向器表面工作狀態(tài)的檢查
換向器表面工作狀態(tài)是保持良好滑動接觸的重要因素之一。換向火花較大時，必須檢查換向器表面狀態(tài)，換向器片間云母二刻質(zhì)量不好，云母片突出或粘附在云母光兩側(cè)，換向片倒棱不直均會引起換向火花；換向器條紋、斑紋都會使換向火花加大；云母溝中積存碳粉和換向片擠銅產(chǎn)生銅毛刺都會產(chǎn)生換向火花和閃絡。如果發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象，必須立即清理換向器表面，使其工作狀態(tài)恢復正常。
有害的換向火花會造成換向器表面的燒傷，除一般燒傷外，有時會出現(xiàn)有規(guī)律的燒傷，通常燒傷的規(guī)律有重路數(shù)型、極距型、槽距型等，這時必須分析換向火花產(chǎn)生的電磁原因，根據(jù)存在問題加以解決。
(七) 電機振動的檢查
電機振動也是造成滑動接觸不穩(wěn)定的一種因素，是換向不良時需要檢查的項目之一，換向火花大時，通常需用測振儀檢查電機軸承、機座和刷架等部位的振動值，看是還超過允許值。如果振動值超過規(guī)定的允許值時，則需用快速福里哀分析儀（FFT）進行簡單的頻譜分析，從頻譜主要成分分析中尋找振源，并采取必要的消除振源或減振措施。
(八) 補償繞組和換向極繞組極性檢查和匝間短路檢查
補償繞組和換向極繞組的主要作用，一是抵消電樞反應減少主磁場畸變；二是產(chǎn)生換向電墊，抵消換向元件中的電抗電墊。當補償繞組和換向極繞組極性接反時，則電抗電墊不公不會被抵消，而且由于換向電墊的疊加而增加了換向的困難。當補償繞組和換向極繞組極性錯誤時，直流電動機表現(xiàn)為小負載情況下即出現(xiàn)火花，隨著負載增加換向火花迅速加大，而空載時火花立即消失。極性錯誤一般發(fā)生在電機修理后，其檢查方法通常可按圖紙核對，檢查接線是有誤。另一種方法可使繞組通電，用磁針來檢查繞組極性。
當補償繞組和換向極繞組出現(xiàn)匝間短路時，由于換向電勢的減少不能抵消電機電勢，將會出現(xiàn)嚴重的延遲換向而產(chǎn)生火花。對于小型直流電動機的換向極線圈匝間短路，一般可用壓降法檢查，對于大型直流電動機補償繞組和換向繞組的匝數(shù)很少，而電阻值極少，只能用外觀檢查，對短路處一定會出現(xiàn)表面絕緣櫸變色和放電痕跡，根據(jù)這些現(xiàn)象即可發(fā)現(xiàn)故障所在并進行排除。
通過換向正常化檢查，一般說大部分的換向故障可以檢查出來，并加以排除，但是如果通過上述檢查后，換向惡化原因依然沒有解決，這時必須進行直流電機的無火花區(qū)域試驗
三、環(huán)火事故與處理方法
環(huán)火是惡性事故。直流電機在運行中由于片間累積擊穿，換向嚴重化，或特別惡劣的負載條件，均會出現(xiàn)正負極性刷架之間電弧飛越，環(huán)繞換向器表面出現(xiàn)一圈強烈的電弧，并伴隨著強烈的弧光和巨響，這種事故稱為環(huán)火。在環(huán)火發(fā)生極短時間內(nèi)，電弧的高溫和巨大能量，不僅對換向器和電刷裝置造成嚴重破壞，而且對其他繞組也會造成不同程度損害，由于環(huán)火接地而產(chǎn)生軸電流還會使軸頸和軸瓦出現(xiàn)麻點和蝕痕。環(huán)火的巨響和強光還會使機旁維護人員受到傷害。因而在運行維護中必須要盡一切可能消除環(huán)火發(fā)生的隱患。
（一） 環(huán)火產(chǎn)生原因
1． 片間擊穿
當換向器片間電壓較高，而運行中又產(chǎn)生過電壓，由于片間累積擊穿，會產(chǎn)生環(huán)火。而更多的情況是由于換向器維護不良，清掃不認真，在換向器云母溝中積存了碳粉、銅粉和油污，或由于電刷擠銅，換向片銅毛刺延長導致相鄰換向片的短路，這些導電物都構(gòu)成了換向器片間云母溝中的導電橋，當這一導電橋隨電樞旋轉(zhuǎn)而進主極區(qū)時，換向器表面電位梯度增大，通過電流逐漸加大。當電流產(chǎn)生電動力超過維持粉末定位的力時，粉末構(gòu)面的導電橋就會錯位，導電橋由于熔化灼熱而產(chǎn)生片間閃絡。如果導電橋斷裂點的有效電壓超過電弧最低電壓，就產(chǎn)生電弧。當斷裂部分寬度增加到云母溝寬度時，維持電弧的電壓也需增加，否則電弧將熄滅。當片間電壓和起弧時感應電壓大于維持電弧電壓時，電弧將繼續(xù)燃燒。電流隨著換向片擊穿而增大，磁場區(qū)域也增加，片間電弧沿換向器表面擴展過程，如圖5-21所示。
當換向器相鄰的換向片K和L因存在電位差，而片間存在導電物質(zhì)時，導電橋斷裂而產(chǎn)生電弧。在電弧作用下，由于導電物質(zhì)的氣化和電弧的灼熱，造成了換向片K和L之間區(qū)域的空氣局部游離成一個離子區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)，由于電離氣體內(nèi)壓力和電動力的作用，換向器的旋轉(zhuǎn)電弧沿著換向器表面擴展至M。
如果電弧擴展的兩個換向器片K與M之間的電位差，能維持片間電弧而不熄滅，則電弧將繼續(xù)擴展。在一定條件下，片間電弧可以擴展到正負兩個極性刷架之間，而取終造成環(huán)火。
2． 嚴重的電刷火花
刷火花是導致?lián)Q向器環(huán)火的加一個主要原因。當直流電機在惡劣的負荷條件下，換向器表面接觸受到嚴重破壞時，就會在電刷與換向器之間產(chǎn)生嚴重火花。當換向器火花大到一定程度時，火花能量將引起電刷和換向片的燃燒和氣化，并在燃燒區(qū)造成一個等離子區(qū)域，而這個電弧又被旋轉(zhuǎn)的換向器沿電刷磨道所拉長。當這電弧被拉到一定長度的某一換向片M時，電弧是否能繼續(xù)燃燒，就決定于換向器表面電位分布曲線和電弧特性。當換向片M的電位VKM小于電弧維持電壓Ug時，電弧將熄滅。當VKM大于電弧維持電壓Ug時，電弧獎持續(xù)燃燒，并將繼續(xù)延伸。電刷磨道上空氣的電離使為電弧延伸創(chuàng)造了條件。當換向火花能量大到某一量級時，電弧將伸展到異極性電刷上，而造成環(huán)火。
（二） 環(huán)炎事故的處理
環(huán)火事故必定造成直流電動機的嚴重損害，首先應檢查受損部位和程度，根據(jù)檢查結(jié)果和受損程度來確定修理方案。
環(huán)火事故程度一般有三種情況。
較輕的環(huán)火事故。一般是電機容量較小，轉(zhuǎn)速較低，環(huán)火發(fā)生時快速開關(guān)或自動開關(guān)很快動作，切斷了主回路和勵磁回路，電弧很快被短路電流磁吹作用所熄滅。這種環(huán)火一般只是燒黑了換向器表面和燒斷個別刷辮。
較重的環(huán)火事故。電機容量較大，而轉(zhuǎn)速較高，環(huán)火時雖然快速開關(guān)或自動開關(guān)及時動作，但是短路時電弧能量較大，所以損壞程度較重。這種環(huán)火可在換向器表面產(chǎn)生深淺不等的燒灼點，換向器外端部出現(xiàn)部分燒灼點，部分刷握被燒熔或燒損，刷架、導電環(huán)或定子繞組也會局部受損，熔化銅的噴濺，氣化了的銅和碳結(jié)晶微粒附著絕緣表面，往往使表面泄漏電流大大增加，絕緣電阻降低為零。
嚴重的環(huán)火事故一般發(fā)生在高速和大容量直流電機上，除本身外特性曲線較硬外，由于保護系統(tǒng)接線錯誤和開關(guān)動作不及時等，將會造成十分嚴重的損害，此時電機必須大修，并重新制作換向器。
檢查受損部位和程度：
1)檢查絕緣電阻。環(huán)火事故后，必須將燒黑的換向器重新打磨，繞組吹風清理后用兆歐表檢查各繞組絕緣電阻，是否符合GB755-87規(guī)定，以決定絕緣是否需要處理。
2)測量片間電阻，以檢查升高片和電樞并頭套是否出現(xiàn)開焊和片間短路現(xiàn)象。
3)檢查換向器表面的受損程度是否表面氧化和積碳發(fā)黑,或是由于電弧燒灼面出現(xiàn)點狀凹陷，還是出現(xiàn)了端部局部燒損或深度大面積燒蝕。
4)檢查電刷和刷握的受損程度,刷握和電刷燒損數(shù)量以及必須更換的數(shù)量。
5)檢查刷架和導電環(huán)是否出現(xiàn)缺損和需要修補更換的部件。
6)檢查主極繞組、換向極繞組和補償繞組。通常這些繞組是由于銅和碳蒸氣的蒸熏而降低絕緣電阻，嚴重時也會使繞組受損。
7)檢查電樞繞組和升高片。由于銅和碳的蒸熏和噴濺，以及環(huán)火時電樞繞組內(nèi)部流過巨大的短路電流，必須檢查絕緣電阻和片間電阻。
8)軸瓦的檢查。環(huán)火后流經(jīng)軸承的強大軸電流會使軸頸和軸瓦接觸面上出現(xiàn)嚴重麻點，甚至使巴氏合金熔化。
9)軸承和定子固定螺釘?shù)臋z查。環(huán)火時產(chǎn)生巨大的短路力矩。有可能使這些緊固件松動。
（三） 環(huán)火事故的處理
1)換向器的處理。對于表面發(fā)黑的換向器，可用砂紙或換向器磨石等進行清理性的打磨；對于表面出現(xiàn)輕微和較淺灼點的換向器，可用換向器磨石進行一次打磨；對于燒灼較嚴重的換向器，必須重新車削外圓；燒灼嚴重無法修復的必須重新制作換向器。在打磨和車削換向器后，必須重新進行換向器的倒棱和下刻。處理后必須進行一次片間電阻檢查。
2)更換燒損的刷握和電刷，電刷牌號必須和原來相同，電刷壓力亦需調(diào)整均勻。
3)對于受損的繞組和其他部件進行焊補或更換。
4)繞組及導電部件表面絕緣層處理。如繞組及導電部件表面絕緣僅受蒸熏而絕緣電阻下降時，可用棉紗醮少許汽油、酒精和四氯化碳等溶劑，擦洗去這些部件表面凝聚的碳和銅微粒，再測量絕緣電阻。當擦洗清理后絕緣電阻仍難恢復，這時應考慮清洗整臺電機的處理方式了。當表面絕緣層被電弧燒焦時，需剝?nèi)ケ粺平^緣層，重新絕緣處理。處理后絕緣電阻必須高于允許標準。
5)軸瓦處理。當軸瓦上出現(xiàn)較輕軸電流燒灼點時，軸瓦經(jīng)研刮后可繼續(xù)使用。當燒灼點密集和很深時，應更換備品軸瓦或重新澆鑄軸瓦。軸瓦處理時，必須檢查軸承座的絕緣層是否正常。
6)定子和軸承座固定螺釘如有松動，必須重新緊固。
（四） 防止環(huán)火的措施
由于環(huán)火發(fā)生的時間很短，而且又在電機內(nèi)部發(fā)生，所以很難用繼電保護、空氣開關(guān)和快速開關(guān)來保護。必須從設計和運行維護上采取措施解決。防止的措施有：
1)采用補償繞組，直流電機加設補償繞組后，首先是解決了換向極飽和問題；同時由于補償繞組抵消了橫軸電樞反應，因而解決主磁場畸變，從而使換向器電位分布曲線較為平滑（因為換向器表面電位分布曲線實際上就是氣隙合成磁場的空間分布曲線的積分）。采用補償繞組有利于抑制電刷火花和片間電弧的擴展。對于無法采用補償繞組的小型電機，最好采用不同心氣隙，也可以適當減少氣隙磁場的畸變。
2)改善換向器表面處理，特別是換向片的倒角和片間云母的下刻質(zhì)量，以及消滅換向片上存在的端部尖棱、夾角，這是有效防止環(huán)火的措施。
3)設計時，適當降低片間電壓。對于大型電機片電壓最好不高于16V；對于小型電機，不超過18V。對于片間電壓較高，經(jīng)常發(fā)生環(huán)火的電機，應適當降低過電壓保護值。
4)加設隔弧板。在刷架之間的空間，用耐弧材料做成隔板進行擋隔，其作用是起電弧擴展的機械性障礙和減輕環(huán)火造成的損害。
5)加強換向器的維護。經(jīng)常清理、擦抹和吹風，防止片間積法，防止片間銅毛刺產(chǎn)生，是防止環(huán)火發(fā)生的有效措施，特別是換向不好而發(fā)生過環(huán)火的電機，更應回強換向器的運行維護。
四、產(chǎn)生換向故障的原因和處理方法
換向是一個復雜的物理和電化學過程，它和電機本身及外界很多因素有關(guān)，而換向不良又表現(xiàn)在很多方面，如換向火花。氧化膜破壞、電刷與換向器磨損、滑動接觸穩(wěn)定性的破壞等。當換向惡化時，各方面的因素又相互影響，表現(xiàn)是錯綜復雜的，往往一個原因就會造成幾種換向不良征象，有時幾種故障原因，反映了共同的換向不良片象，為了便于現(xiàn)場解決和處理換向問題，下面將較詳細地逐個分析幾種換向故障原因，故障發(fā)展和處理方法。
（一） 氧化膜異常
1． 氧化膜形成和性質(zhì)
直流電動機在運行過程建立起的氧化膜，是滑動接觸中的一個重要因素，在換向器表面形成有光澤而且顏色均勻的氧化膜，是良好換向的前提。
氧化膜的形成主要是由于電刷和換向器之間滑動接觸所發(fā)生的電化學過程。在大氣中普遍存在水蒸氣，電刷和換向器亦都覆蓋一層極薄水膜，當電機運行時，電刷和換向器械之間電流通過并發(fā)生接觸傳導時，分別成為兩個電極。當換向片是陽極時，水電解的氧離子趨向陽極，使銅被氧化成氧化銅和氧化亞銅。同時因機械和電氣磨墨結(jié)晶不斷堆積在銅表面，形成了厚度約為4～50㎜的氧化膜。其表面又吸附了氧氣和水氣，形成一水膜。因此，氧化膜成分中，包含有氧化銅、氧化亞銅、石墨、碳粒、少量其他雜質(zhì)以及被吸附的水氣和氧。電刷與換向器接觸微觀狀態(tài)。
氧化膜是處于一種動態(tài)平衡過程中。由于換向片是不斷回轉(zhuǎn)于不同極性電刷之下，當換向片是陽極時，銅被氧化，氧化膜厚度增加、電阻增加；當換向片是陰極時，氧化銅又有部分被還原，氧化膜的電阻就減少。氧化膜上的碳顆粒與石墨不斷堆積，又被負電刷的清理作用不斷的磨去。 這們氧化膜在直流電機運行過程中不斷的形成，也不斷被破壞，經(jīng)常地維持一種動態(tài)平衡。
氧化膜對于滑動接觸是十分重要和有益的。首先使電刷與換向器之間磨擦系數(shù)減少，起很好的潤滑作用，使電刷能穩(wěn)定接觸，減少了電刷的磨損。其次由于氧化膜電阻率大，增加了電刷與換向器間的接觸壓降，能限制被電刷短路元件內(nèi)的短路電流，改善了換向。另外，由于氧化膜的硬度高，使磨損減少，能延長換向器的壽命。因此，正常的氧化膜是直流電機正常運行所不可缺少的。
氧化膜的顏色是各不相同的，通常是紫色的、紅褐色的、淺蘭色的、咖啡色的、灰色的德行，只要有光澤，顏色均勻都是屬于正常的氧化膜。直流電機生成不同顏色的氧化膜主要取決于運行條件，如負荷、電機轉(zhuǎn)速、電刷牌號、溫度、濕度、換向火花等，當電機運行條件改變時，由于氧化膜原來平衡過程破壞，在新的條件達到新的平衡，氧化膜狀態(tài)和顏色也會隨之改變。
2．氧化膜異常和處理方法
1)氧化膜極薄現(xiàn)出銅本色，同時出現(xiàn)換向器的異常磨損。產(chǎn)生這種現(xiàn)象有如下原因：電刷牌號選擇不合適，換向火花較大，且建立的氧化膜性能差；空氣溫度低，不利于形成氧化膜；電刷與換向器接觸面上有硬度較高的研磨性塵埃，或電刷含有金鋼砂和碳化硅。處理方法是選用形成氧化膜能力較強的電刷、適當增加濕度以及加強換向器的清掃和維護。對于建立氧化膜困難的直流電動機，可以采用人工建立氧化膜方法，建立起初始氧化膜后再投入運行。
2)氧化膜黑色而無光澤。通常稱氧化膜過厚，常見的原因是空氣中有油霧或換向器沾有油污，周圍存在H2S、SO2、C1等氣體。處理方法是消除空氣中的油霧和有害氣體，并用柔性換向器磨料或換向器修磨面，輕微磨去過厚氧化膜，當電機必須在上述環(huán)境中運行時，可以選用具有一定研磨作用的電刷，以適當減少氧化膜的形成。
3)氧化膜斑紋。在換向器上形色調(diào)不均勻的氧化膜，有時又會出現(xiàn)塊狀斑紋。產(chǎn)生斑紋的原因很多，常見的原因有：電機長期過載、堵轉(zhuǎn)，換向器溫度過高；換向器表面狀態(tài)不良，電刷與換向器接觸不穩(wěn)定而產(chǎn)生換向火花；刷握排列和安裝不正確，電刷與刷握配合不合適，電刷彈簧不均勻；電刷表面鍍銅等都會產(chǎn)生器換紋。消除換向器斑紋通常辦法是仔細調(diào)整刷握和電刷工作狀態(tài)，認真處理換向器表面，為換向器和電刷的良好滑動接觸創(chuàng)造條件。其次是減少過載和堵轉(zhuǎn)，設法降低換向器工作溫度，選用合適的電刷和減少換向火花。
3．氧化膜的維護
氧化膜是一種性質(zhì)活潑，處于動態(tài)平衡過程的物質(zhì)，直流電機氧化膜形成能力主要是決定于電機換向性能、負荷性質(zhì)、電刷性能、周圍介質(zhì)和滑動接觸狀態(tài)。氧化膜變化過程往往是換向惡化的前兆，為此，必須精心加以觀察和維護，經(jīng)常地清吹和擦凈換向器表面，當氧化膜狀態(tài)發(fā)生變化時必須分析和找出影響因素。對于難于建立氧化膜的電機可以采取一些措施，促使建立氧化膜；對于氧化膜過厚的，則必須適當?shù)那宄恍┭趸ぃ粚τ诓痪鶆虻难趸ず桶呒y要清除后重新建立氧化膜。
4．清理氧化膜新材料
見本章第三節(jié)中換向器表面處理的有關(guān)內(nèi)容。
（二） 換向器表面燒傷
持續(xù)的有害火花必然會導致?lián)Q向器表面氧化膜的破壞，并在表面留下黑痕或灼痕，不能用溶劑擦去，這種現(xiàn)象通常稱為換向器燒傷。當換向器出現(xiàn)燒傷后，由于氧化膜和滑動接觸穩(wěn)定性的破壞，將發(fā)生換向的惡性循環(huán)，所以當發(fā)現(xiàn)換向器表面燒傷時，必須立即處理。換向器燒傷有不同形式，產(chǎn)生的原因也錯綜復雜的，下面分析幾種燒傷的征象。
1．換向器燒傷的幾種征象
(1)表面普遍燒傷 于持續(xù)的有害火花，使整個換向器表面出現(xiàn)黑痕和灼點，表面粗糙。從換向片上觀察可分以下幾種情況：
1)換向片中間的灼痕。通常是由于換向器打磨不良，造成每一換向片表面曲率半徑和換向器曲率半徑不等，產(chǎn)生換向火花造成的。
2)換向器棱邊上的灼痕，通常是換向片倒角不良，云母突出等原因產(chǎn)生的。
3)換向片的灼痕由邊緣開始產(chǎn)生，逐漸向片中間擴展，通常是有害火花造成的，隨著灼痕的擴展，整個換向片表面出現(xiàn)了燒傷。
(2)局部燒傷 換向器表面一個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了燒傷,其范圍可由幾片直至半個換向器表面。這種現(xiàn)象一般是由于換向器出現(xiàn)偏心，變形或局部突片造成的。
(3)有規(guī)律的燒傷 換向器表面有時往往出現(xiàn)一定規(guī)律燒傷，這種現(xiàn)象也稱換向器燒痕，有如下幾種類型：
1)槽距型燒傷。電樞槽內(nèi)通常并列幾種導體，即一個電樞槽內(nèi)有幾個繞組元件，亦稱槽片數(shù)。槽距型燒傷是按槽片數(shù)為間隔出現(xiàn)的有規(guī)律燒傷。如某臺電機的每槽內(nèi)有三個元件，槽距型燒傷規(guī)律是每三片燒傷一片，順序排列是1-4-7-10-13……。如槽片數(shù)u=4，則燒傷順序是非曲直-5-9-13-17……。一般認為，被燒傷的通常是槽內(nèi)最后一個元件所連結(jié)的換向片。原因是當槽內(nèi)最后一個元件換向時，槽內(nèi)其他元件已經(jīng)換向結(jié)束，由于互感電勢的作用，由電抗電勢所產(chǎn)生的換向附加短路電流較大，這時易產(chǎn)生換向火花。
槽距型燒傷最始時只在局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，隨著換向火花加大而逐漸擴大到整個換向器表面，而且由每槽一片燒傷擴展到每槽兩片或整個換向器表面燒傷。
過負載、電刷選擇不合適以及換向極強弱調(diào)整不合適時，都會產(chǎn)生槽距燒傷。
2)極距型燒傷。在換向器表面有時會發(fā)生以極對數(shù)為間隔的燒傷。如四極電機，在換向器上出現(xiàn)對稱兩處燒傷；六極電機出現(xiàn)對稱的三處燒傷，即其燒傷節(jié)距是K/p片。開始出現(xiàn)時是每組2～3片，以后逐漸擴展成每組十幾片。極距型燒傷一般是由并頭套開焊造成的。對于電樞為多重路繞組的直流機，由于機械和電氣原因的干擾，如換向器突片，滑動接觸不良、電刷電流密度分布不均，支路電流不均等也能造成極距型燒傷。
3)重路數(shù)型燒傷。換向器上出現(xiàn)按重路數(shù)為周期的燒傷，如雙重路繞組的電機出現(xiàn)每二片燒傷一片現(xiàn)象；三重路繞組的電機出現(xiàn)每三片燒傷一片的現(xiàn)象。這種重路數(shù)燒傷規(guī)律是由于多重路繞組不對稱性引起的，在換向過程中繞組間的不平衡電勢在被電刷短路的換向元件中產(chǎn)生一脈振電勢，在電刷附加換向電流中將疊加一脈振電流，而對換向產(chǎn)生干擾。當滑動接觸不穩(wěn)定時，這種干擾影響將更顯著。電刷接觸壓降的大小對限制換向附加短路電流也是起十分重要作用。防止和消除重路數(shù)燒傷的措施是限制過負荷、建立良好氧化膜、選用合適電刷和加強換向器維護。
2．換向器表面燒傷的處理
分析原因針對處理，這是解決表面燒傷的前提。換向器表面燒傷是換向不良的直接反映。在處理前先要根據(jù)燒傷的不同征象來找出換向惡化原因并加以解決，否則即使修磨了換向器后，仍然出現(xiàn)燒傷。
輕度燒傷的處理：當換向開始惡化，并在換向片邊緣開始出現(xiàn)黑痕和輕微灼痕時，這時可以采用輕輕修磨換向器辦法，即能除去黑痕與灼痕。修磨材料可采用砂紙、柔性換向器修磨料和換向器修磨石。
（三） 換向器不均勻磨損
換向器在運行中常出現(xiàn)軸向不均勻磨損和呈現(xiàn)波浪形磨損，這也是換向不正常和換向器異常磨損的反映，造成換向器不均勻磨損，通常有條痕和溝槽兩種情況。
1．換向器條痕和溝槽形成
1)換向器條痕。條痕是指換向器表面出現(xiàn)了類似刀具切削的刀紋狀的痕跡，有時深度可達2～3㎜，而且不均勻的布及換向器表面。雖然換向器表面高低不平，但氧化膜仍保持著。長痕的發(fā)殿過程開始電機有很小火花，在換向器表面圓圈方向出現(xiàn)了少量幾圈微細刻痕，隨著時間推延，微細刻痕逐漸變寬和變深，而且又產(chǎn)生新的刻痕，最后發(fā)展成嚴重的換向條痕，隨之電刷和換向器磨損就迅速增加。
根據(jù)換向器條痕狀態(tài)，又可分為連續(xù)條痕和弧立條痕。連續(xù)條痕是沿換向器圓周方向連續(xù)和均勻的刻痕；孤立條痕是不連續(xù)條狀刻痕。
2)換向器溝槽。換向器溝槽是指在換向器表面出現(xiàn)與電刷寬度相近的光滑的磨槽，深度有時可達2㎜以上，溝槽產(chǎn)生初期僅在某些部位電刷磨道出現(xiàn)很淺的下凹，逐漸加深，并形成嚴重的溝槽，但是溝槽部位部位通常還覆蓋著氧化膜，換向火花并不十分嚴重，有時甚至無火花運行。
在有些電機換向器上同時出現(xiàn)溝槽和條痕，或在溝槽內(nèi)存在條痕。但不論是條痕或溝槽的出現(xiàn)，都將導致?lián)Q向器的異常磨損。
2．產(chǎn)生原因和處理方法
換向器條痕產(chǎn)生原因很多，常見的原因是：電機長期輕載運行，電刷電流密度過低，換向器表面溫度過低和周圍空氣濕度過高，將會使條痕很快發(fā)展；換向器表面油污染或周圍環(huán)境中存在硫化氫、酸氣、氯氣等有害氣體，易產(chǎn)生換向器表面的孤立條痕；電刷在制造過程中石墨化過程不夠徹底，電刷材質(zhì)中含有碳化硅等高硬度雜質(zhì)，以及空氣中含有耐磨性粉塵，則是條痕產(chǎn)生和發(fā)展的機械性因素。
換向器溝槽產(chǎn)生的原因主要是：電刷位移方法不正確，沒有考慮換向器表面上電刷磨道的均勻覆蓋和正負電刷下?lián)Q向片磨損量不等的因素；其次，當周圍環(huán)境中含有較多的耐磨性塵埃和電刷硬度過高等，也易產(chǎn)生換向器溝槽。
當換向器表面出現(xiàn)的條痕和溝槽深度超過1㎜時，一般應重車換向器，操作方法見本章第三節(jié)有關(guān)內(nèi)容。但是，同時必須采取措施，解決導致條痕和溝槽的各種因素。電刷位移本來是一種防止因機械和電氣原因產(chǎn)生換向器不均勻的措施，對于因電刷位移不當而引起溝槽的情況，必須調(diào)整電刷排列方式，以實現(xiàn)合理的位移。
（四） 電刷抖動
電機在運行過程中，由于換向器潤滑不良等原因，會出現(xiàn)電刷的高頻噪聲，這種情況通常稱為電刷的抖動。電刷抖動不僅使火花加大，而且往往導致電刷掉角、碎裂，刷辮脫落，嚴重時將刷握的壓指斷裂和鉚釘脫落，使電機無法正常運行。
電刷的抖動產(chǎn)生直接原因是換向器與電刷的潤滑情況不好，例如：換向器氧化膜過厚、電刷磨擦系數(shù)過大、空氣濕度過低和電刷彈簧壓力過大等都會造成高磨擦而導致電刷抖動。換向器表面狀態(tài)不良，換向器變形、電刷與刷握配合過松或過緊，刷握固定螺釘?shù)乃蓜拥葯C械性的原因亦可能導致電刷的抖動。
消除電刷抖動辦法是分析和尋找出造成高磨擦原因和機械松動的部位，針對性的予以解決。如發(fā)現(xiàn)氧化膜過厚，可用柔性磨石或換向器清理石適當清除過厚氧化膜，并使其產(chǎn)生光澤；當空氣濕度低于5g/m3時，必須適當用噴霧增濕；當電刷壓力過大時，要適當調(diào)整壓力；而電刷磨擦系數(shù)過大時，則必須選擇潤滑性能較好的電刷（如浸漬石蠟或權(quán)利脂的電刷）等等。
解決高磨擦的另一個辦法是用潤滑劑潤滑換向器表面，如定期清擦換向器，并在表面涂石蠟，高頻顫動和噪聲就會顯著降低，但這只是一個臨時性的措施，不能徹底解決問題。
對于造成電刷抖動的機械性原因，必須仔細尋找和加以解決。
(五)換向片擠銅
直流電機在運行中，有時換向片邊緣會出現(xiàn)銅毛刺，通常是在換向片邊棱出現(xiàn)羽毛狀的銅毛刺或銅箔片并逐漸延展出來，這種現(xiàn)象叫換向片擠銅。產(chǎn)生擠銅現(xiàn)象的原因是由于滑動接觸情況不好，由于高摩擦和電刷抖動，使換向片表面受到一種高頻錘擊和定向擠壓作用而表面蠕變，逐漸向旋轉(zhuǎn)方向延展。氧化膜過厚，按向器表面的油污垢、電刷摩擦系數(shù)過大和空氣濕度過低都是產(chǎn)生擠銅現(xiàn)象的誘發(fā)因素。擠銅現(xiàn)象大多都發(fā)生在單向運行的電機上。當換向片發(fā)生擠銅現(xiàn)象時．首先使氧化膜變得不均勻，在某些部位將出現(xiàn)銅本色的亮紋。由于銅的蠕變和延展，實際上換向片的曲率半徑變得不均勻．云母溝中出現(xiàn)了銅毛刺，增加了片間短路和閃絡的發(fā)生，嚴重時將導致環(huán)火事故，因此當發(fā)現(xiàn)銅毛刺時，必須立即進行處理。
對于出現(xiàn)擠銅的直流電機，通常作如下處理：首先對換向器進行倒棱，以剔除附在換向片棱邊上的銅毛刺和銅箔，并根據(jù)換向器氧化膜和表面情況，可適當?shù)男弈Q向器。從根本來說，為防止擠銅現(xiàn)象必須避免高摩擦和電刷抖動。
(六)電刷“鍍銅”
電刷鏡面上有微細銅粉沉積．有時部分刷面呈銅色，這種現(xiàn)象叫電刷鍍銅。在周圍空氣絕對濕度過大(超過20g／m )，或存在酸氣時，因氧化膜表層水膜的電解作用加強，在滑動接觸過程中就會使換向器的銅因電解的作用而趨向電刷接觸面，細微的銅粉就會沉積在電刷鏡面上，而造成鍍銅。另外，在空氣中存在耐磨性粉塵和油霧，換向器工作溫度過高、片間云母突出和電刷磨損率太大等亦可
能產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象。
電刷鍍銅會對電機換向帶來很多問題。電刷鍍銅往往直接導致?lián)Q向器條痕，換向火花加大、換向器和電刷出現(xiàn)異常磨損。因此，當出現(xiàn)電刷鍍銅時，首先必須修磨電刷和換向器表面，并認真清理碳粉和銅粉，使電刷和換向器恢復穩(wěn)定的滑動接觸。同時，也必須加強對換向器的維護，并采用過濾冷卻空氣，調(diào)節(jié)空氣濕度等措施．保持氧化膜正常的動態(tài)平衡，可以防止電刷發(fā)生鍍銅現(xiàn)象。
(七)常見的換向故障
直流電動機在運行過程中常見的換向故障見表5—7．
表5—7 換向故障的原因和處理方法
|
序號 |
故障現(xiàn)象 |
故障原因 |
處理方法 |
|
1 |
換向不良 |
1、換向器表面狀態(tài)不良 2、換向器偏心和變形 3、過載 4、電刷彈簧壓力過小 5、電刷牌號不合適 6、電樞繞組片間短路 7、并頭套開焊 8、補償和換向器極繞組接線錯誤 9、有害氣體 10、刷距不均勻 11、電機振動電刷不在中性面上 |
1、加強維護，并進行表面處理 車圓換向器 2、應在額定值內(nèi)運行 3、處理換向器表面，減少電刷與刷握間隙 4、調(diào)整至規(guī)定壓力 5、選用合適牌號電刷 6、清除片間云母溝中金屬短路物 7、補焊電樞并頭套 8、排除短路故障 9、根據(jù)圖紙改正接線 10、不使有害氣體進入電機內(nèi) 11、調(diào)整刷距 12、校平衡并消除振動 13、用感應法找出中性面 |
|
2 |
電刷異常磨損和破損 |
1、換向器表面粗糙 2、換向不良 3、絕對濕度低 4、電刷制造、加工不良 5、空氣中研磨性雜質(zhì)粉塵 6、電刷、刷握振動大 7、接觸表面溫度過高 8、電刷壓力過大 |
1、車光換向器 2、調(diào)整和改善換向 3、通風道噴霧增濕 4、更換電刷 5、除塵和凈化空氣 6、改善電刷潤滑條件和減少電刷，刷握間隙 7、、改善通風和冷卻條件 8、調(diào)整電刷壓力 |
|
3 |
換向器條紋 |
1、濕度過高 2、油霧附著 3、有害氣體 4、電刷材質(zhì)不合適 5、電刷電密過低 6、溫度過高 7、刷面鍍銅 |
1、不使潮氣進入電機內(nèi)部 2、防止油霧進入，經(jīng)常清擦換向器 3、防止不害氣體進入 4、更換電刷 5、避免在2~5A/c㎡電密下長期運行 6、改善通風 7、防止潮氣、有害氣體和塵埃進入，選用合適電刷 |
|
4 |
環(huán)火 |
維護不良 短路或很重負載沖擊 片間電壓過高 換向不良 電樞繞組開焊 |
換向器表面處理，加強清理 防止過載和清除短路 防止過電壓 調(diào)整和改善換向 補焊電樞繞組 |
|
5 |
氧氣膜顏色不正常 |
換向器溫度過高 電刷牌號不對 油附著 有害氣體 |
改善通風 更換電刷 防止油霧進入 防止有害氣體進入 |
|
6 |
抖動和噪聲 |
電刷、刷握間隙過大 電刷傾斜鐵角不適當 電刷材質(zhì)不合適 換向器變形，突片 電刷壓力不適當 低濕度 電機振動 |
調(diào)整刷握間隙 調(diào)整傾角 選用合適電刷 車光換向器 調(diào)整壓力 增加風道濕度 校平衡和消振 |
|
7 |
換向器表面燒傷 |
電刷換向性能差 并頭套開焊 極距、刷距不等 換向器變形、突片 電刷不在中性面上 |
選用抑制火花能力強的電刷 補償并頭套 調(diào)整刷距、極距 車圓換向器 調(diào)整中性面位置 |
|
8 |
換向器磨損快呈銅本色 |
電刷中含有碳化硅和金剛沙 電刷磨損率太大 電刷與換向器接觸不良 濕度過低 電刷電密過低 空氣中有耐磨性塵埃 |
改用合適電刷 改用潤滑性好電刷 改善滑動接觸條件 人工建立氧化膜 去掉部分電刷 凈化空氣 |
|
9 |
換向片邊緣毛刺 |
電刷振動 電刷卡死在刷握內(nèi) 維護不良 刷握加墊太多 高磨擦 |
見“電刷振動項”項 使電刷在刷握內(nèi)自由活動 改善滑動接觸，定期清掃換向器 改用整墊 改善滑動接觸和使用潤滑性能好電刷 |
|
10 |
電刷表面鍍銅 |
云母突出或有毛邊 電刷形成氧化膜能力差、含研磨成分過多 油沾污 溫度過高 濕度過低或濕度過高 |
加強換向器運行維護、重新下刻倒棱 采用合適牌電刷 防止油霧進入電機內(nèi) 改善通風 調(diào)節(jié)風道濕度 |
|
11 |
電刷電流分布不均 |
電刷壓力不等 電刷與刷握間隙過小 刷辮螺釘未擰緊 不同牌號電刷混用 電刷粘結(jié)在刷握內(nèi)孔 |
調(diào)整至規(guī)定壓力 調(diào)整間隙 緊固刷辮螺釘 改用同一材質(zhì)電刷 清掃刷握內(nèi)孔 |
|
12 |
電刷與換向器溫度高 |
通風不良 長期過載、堵轉(zhuǎn) 電刷壓力過大 高磨擦 強烈火花 電刷牌號不對 |
改善通風 改善運行狀態(tài) 調(diào)整彈簧壓力 改善滑動接觸條件 見“換向不良”項 改用潤滑性能好的電刷 |
換向器修理
換向器是直流電機主要部件，其工作狀態(tài)是否良好對直流電機的運行起著至關(guān)重要的作用．換向器結(jié)構(gòu)型式很多，但都是銅、云母和鋼(或塑料)構(gòu)件組成的復雜彈性體。在運行中不但承受離心力，還受到熱應力，慣性力，電刷摩擦力和振動應力的作用，而又要求換向器在各種運行條件下，始終保持一個不變形的光滑圓柱體表面，因此，有較高的技術(shù)要求和嚴格的工藝規(guī)程．
一、換向器的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求
換向器結(jié)構(gòu)通常由導電部分，絕緣部分和緊固與支撐部分所組成。按其結(jié)構(gòu)型式通常可分為拱形換向器、塑料換向器，綁環(huán)式換向器，捆扎式換向器、集鎖式換向器和緊圈式換向器，其中采用最廣泛的是拱形換向器。下面將對換向器作簡要介紹．
(一)換向器的結(jié)構(gòu)型式
1．拱形換向器
換向器最常見的結(jié)構(gòu)型式是拱形換向器，換向片側(cè)面車有兩個V型槽，使換向片下部形成一個鴿尾，V型壓圈在換向片鴿尾30度錐面上，施加一個束緊力，使換向片之間留有少量間隙．換向片和云母片間隔排列成凹柱體，鋼制V型壓圈和套筒依靠拉緊螺桿的軸向拉力，把換向片束緊成一個整體，使它們之間有足夠的片間壓力，在電機運行的各種工作狀態(tài)下，換向片承受各種應力作用，不致發(fā)生有害變形。螺桿式拱形換向器通常用于直徑和長度較大的結(jié)構(gòu)，由于換向器受熱膨脹時，螺桿柔度較大，而且螺桿也受熱伸長，因此．換向片鴿尾和壓圈熱應力較小．壓圈，套筒與換向片之間是用V型云母環(huán)絕緣的。在拱型換向器中，換向片和升高片是導電部分，片間云母和V形環(huán)是絕緣部分、壓圈、套筒和螺桿是換向器的緊固和支承部分。
2．塑料換向器
這是一種工藝簡單，材料節(jié)省，制造成本較低的換向器．它是在換向片上車出T形尾，用塑料熱壓固緊成型。塑料內(nèi)套既起固緊換向器作用，又起與軸配合的支承作用．加強環(huán)一般是環(huán)氧型無緯玻璃絲帶制成玻璃絲環(huán)，或包有絕緣材料的鋼環(huán)，金屬套筒則提高了塑料換向器在軸上固定的可靠性．由于塑料換向器機械強度較差，目前都用在較小的直徑，最大直徑在300mm 以內(nèi)。
3．綁環(huán)式換向器
利用熱壓套在圓柱形換向片上的高強度合金鋼綁環(huán)的束緊力使換向器形成一個堅定整體，這種換向器機械強度好，變形小，但是工藝較復雜，制造成本較高，所以通常只用于高速直流電動機上。
4．捆扎式換向器
它是美國通用電氣公司(GENERAL ELEC—TRIG CO)經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式。捆扎式換向器是換向片和片間云母用無緯玻璃絲綁扎帶捆緊在絕緣的支承套筒上，捆扎式換向器具有較好的緊固性，熱穩(wěn)定性和光滑度，有利于保持良好滑動接觸和延長電刷壽命。
捆扎式換向器制造工藝過程如下：先將梯形銅排和片間云母排成一個圓環(huán)，用扇形瓦塊和錐形外環(huán)把換向片固緊在一起，并使達到一定片間壓力。在換向片外表面上車出矩形綁扎槽。然后加熱換向片，并將無緯帶在恒定拉力下繞入綁扎槽內(nèi)，送入烘箱進行固化。待槽內(nèi)無緯帶完全固化后換向片就在強力下形成一個定整的箍。換向片裝配內(nèi)孔需進行精確的機械加工，云母箔熨貼在支承套筒上，將加工完的換向片圓筒熱套在絕緣后的套筒上，就堅固地形成了一個換向器整體．
捆扎式換向器不但零件少，結(jié)構(gòu)簡單，而且不易產(chǎn)生變形，熱穩(wěn)定好，表面平滑性也優(yōu)于拱形換向器。
5．集鎖式換向器
這是英國AEI公司經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)。集鎖式換向器固緊方式比較特殊，換向片尾部呈半圓形，支持桿是鋼制的，頭部也是圓形的，換向片間和換向片與鋼桿間墊有玻璃布云母絕緣．換向片全長均被鋼桿支承著，鋼桿再與換向器套支架的支持環(huán)焊牢．形成一個緊固的整體，
集鎖式換向器工藝上要求較嚴格，必須使支承鋼稈均勻地緊固整個換向器，而不擠壞間隔絕緣。集鎖式換向器的特點是換向片全長被支撐著，受力情況較好。對同一磨損深度來說，換向片厚度較薄，因而節(jié)約了用銅，也減少了轉(zhuǎn)動慣量，尤其適用于高速電動機和大型軋鋼電動機．
6．緊圈式換向器
這是BBC公司經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)。這種換向器是換向片兩端車出兩個緊圈槽，用兩個熱套的緊圈將換向器束緊，由于緊圈下僅墊有幾層簿薄的聚酰亞胺薄膜，而且不含粘結(jié)劑，因而換向器變形小，特別是凸片少，因而能使換向器保持良好的滑動接觸和換向性能。
由于這種換向器沒有壓圈和固緊螺桿，換向器與軸間有較大的空間，而且內(nèi)外表面都是冷卻面，電機通風和換向器的冷卻效果均較好，而且結(jié)構(gòu)較簡單，省銅。
但是這種換向器的支承剛性較差，致使換向器的徑向擺度較大，特別是熱態(tài)擺度較大，尚需研究和改進．
(二)換向器的主要質(zhì)量標準
1)換向器的允許擺度，換向器工作表面必須是圓柱形，表面粗糙度為Ra0．8或更細些，不允許出現(xiàn)大的突片和變形，
2)各刷距下的換向片數(shù)應分布均勻，容差為lmm，為此在大型換向器制造時，必須進行分組壓力測量。
3)換向片應與軸線保持平行，其偏斜歪扭度應規(guī)定．
4)換向器端面和軸線應保持垂直，端面擺度不超過0．5mm，端面應刻有磨損壽命線，大型換向器應打有換向片號。
5)絕緣性能可靠，片間和對地應能承受規(guī)定耐壓．所用云母材料中含有機揮發(fā)性溶劑要少，減 少因絕緣收縮而整體結(jié)構(gòu)松弛。V型環(huán)3度面涂封嚴密。
6)換向器用梯形銅排，除了良好的導電性能之外，還應有較高的耐磨性、耐熱性，耐孤性和機械強度。換向器梯形銅排常用材質(zhì)和主要性能，
7)換向片和升高片焊接可靠，接觸電阻小．
二，換向器故障檢查
換向器常見故障有片間短路，接地，升高片斷裂或開焊，表面嚴重磨損等，其故障原因和檢查方法如下：
(一)換向器片間短路
1．片簡短路原因
1)有金屬屑或焊錫粒落入片間云母溝中，造成兩片之間短路。
2)換向器端而涂封不好，碳粉與導電性塵埃進入3度而造成片間短路，這種片間短路一般短路片數(shù)較多，而且阻值不一定是零。
3)換向器裝配時沒有清理干凈，異物在換向器內(nèi)部造成了短路。
2．片間短路檢查方法
運行中，電機出現(xiàn)片間短路故障征象時，如電樞繞組局部發(fā)熱 ，片間閃絡、換向火花加大等，可測量換向器片間電阻即可檢查出短路故障點。
(二)升高片斷裂
1． 升高片斷裂原因
升高片斷裂原因一般是由于材料不好，固定不緊密和彎折引起機械損傷，振動和扭振引起共振造成疲勞，以及由于升高片焊接工藝不好而造成根部退火。斷裂部位大多在升高片根部．其中情況最嚴重的是由振動和扭振引起升高片的共振，這種原因造成的升高片數(shù)量隨時間以指數(shù)曲線規(guī)律增長，如斷裂數(shù)量較多，無法補焊，往往被迫停機檢修。處理方法不能用簡單的更換升高片辦法來解決，還必須改造結(jié)構(gòu)，防止共振和繼續(xù)斷裂。
2．升高片斷裂的檢查
升高片斷裂的電氣征象是換向惡化，斷裂部位有時可以用目測觀察到，有時發(fā)現(xiàn)漆膜裂紋，而不能確定是否存在裂紋或斷裂時，可用手錘和螺絲刀輕輕敲撥作機械檢查，另外一種辦法是用片間電阻儀測量升高片電阻，測量部位是并頭套至換向片 測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，升高片電阻明顯加大甚至開路時，則證明該升高片確已斷裂，這時必須進行補焊處理。如發(fā)現(xiàn)升高片大量斷裂，則應卸下?lián)Q向器，進行解體處理，并應考慮改造升高片結(jié)構(gòu)．
(三)換向器突片和變形
1．產(chǎn)生突片和變形的原因
突片和變形發(fā)生的原因是，由于長期運行后，云母絕緣材料中的有機物質(zhì)的揮發(fā)和收縮使作用在鴿尾上束緊力減小，換向器制造時保持的片間壓力逐漸降低，整體結(jié)構(gòu)松弛的結(jié)果。
2．檢查方法
換向器變形和突片通常用千分表檢查，在盤車過程中，千分表指針突然跳動則為突片，指針慢慢擺動則為變形．
突片和變形的處理方法是車換向器 ，但是在車削之前，必須先擰緊螺栓(或固緊螺帽)．
(四)換向器接地
換向器接地通常是V型云母環(huán)表面污染爬電，損壞和擊穿造成，也可能由于換向器內(nèi)部異物引起接地．因此，必須區(qū)分這幾種情況，接地事故檢查一般用兆歐表，在檢查發(fā)現(xiàn)換向器接地后，先用毛刷刷去云母環(huán)外露部分上積灰和污垢，不能刷除時應用酒精和汽油清擦，再作檢查，如故障消失，則可在云母環(huán)外露部分劇上灰瓷漆。如發(fā)現(xiàn)接地故障依然存在，則必須解體換向器，折出云母環(huán)進行進一步檢查，同時也能發(fā)現(xiàn)換向器內(nèi)是否存在異物。v形環(huán)的損壞一般是由于換向器受機械碰撞、v形環(huán)與壓圈配合不當、拉緊螺桿拉力大大超過設計規(guī)定值和30度的壓力過大，而造成云母環(huán)錯層滑片而損壞，被擊穿。處理辦法是修理或更換V形環(huán)。若是由異物短路引起接地，則應排除異物，換向片內(nèi)部和套筒內(nèi)重刷灰瓷漆，再仔細裝配起來．
(五)換向器表面不均勻磨損
換向器表面出現(xiàn)嚴重的溝道，波浪度時，必須重新車削換向器表面，并重新下刻和倒角，使換向器恢復良好的工作表面，以保持穩(wěn)定的滑動接觸．同時必須重新合理選擇電刷，使電刷在換向器表面
合理排列，調(diào)整換向，以防止同樣故障重復發(fā)生．
換向器表面不均勻磨損，表現(xiàn)為換向器表面出現(xiàn)的溝道和軸向波浪度，通常有三種形式：孤立條痕，連續(xù)條痕和溝槽．當換向器表面不均勻磨損出現(xiàn)后，就使滑動接觸穩(wěn)定性受到機械性干擾，從而使電刷和換向器磨損迅速增加，因此在換向器上出現(xiàn)不均勻磨損時，必須盡快處理．
不均勻磨損深度最簡單的檢查方法是用鋼板尺和塞尺， 當鋼板尺邊與換向片靠平后，磨損部分便出現(xiàn)空隙，空隙大小就是磨損深度．通常o．2mm以內(nèi)為輕度不均勻磨損，0．2～o．5mm范圍稱一股不均勻磨損，超過o．5mm時，為嚴重不均勻磨損。
對于輕度不均勻磨損，通常可采用換向器砂石進行打磨，而當換向器表面出現(xiàn)嚴重的溝道。波浪度時，必須重新車削換向器表面，并重新下刻和倒角，使換向器恢復良好的工作表面，以保持穩(wěn)定的滑動接觸．同時必須重新合理選擇電刷，使電刷在換向器表面合理排列，調(diào)整換向，以防止同樣故障重復發(fā)生．
無論采取何種辦法處理，換向器氧化膜將被破壞，對于換向困難的電機，必須考慮人工建立氧化膜。
三、換向器片間短路和接地故障的處理
(一)換向器的解體
直徑較小的換向器，如需拆開修理時，先用1mm鋼紙在換向器表面圍繞一層，在鋼紙板外面扎緊一層鋼絲以保持換向片的整體性，即可進行解體操作。而對于較大的換向器，則必須預先根據(jù)換向器外圓尺寸，加工一個強度足夠的箍緊工具，把換向片緊箍成一個整體，方可進行下一步解體操作．
解體前，先用漆作好壓圈，套筒與換向片相對位置標記，以便裝配時按原來相對位置恢復。然后擰開鎖緊螺母(或松開拉緊螺桿)，取出壓圈，分離V形環(huán)，繼而吊取箍緊成一個整體的換向片，再
卸下套筒，分離另一個V形環(huán)．
當壓圈或套筒與換向片粘結(jié)牢固不易分離時，可將換向器加熱80~90"C，再用木錘輕輕敲擊壓圈和套筒端面，使之脫離，吊出壓圈和套筒，脫出V形環(huán)，即完成了換向器的解體．
(二)換向器接地故障的處理
(1)V形環(huán)的局部修補 換向器接地是因V形環(huán)損壞和擊穿造成時，必須修理V形環(huán)。如V形環(huán)僅僅是金屬屑和其他異物沒有清理干凈而局部被擊穿，一般可以用修補法修復，修補工藝如下：
先將v形環(huán)擊穿處清理干凈，孔的四周削成斜面，用酒精擦凈刷上蟲膠漆，并特換向器塑型云母板修剪缺孔形狀放在缺孔上，用電熨斗熨平，修補處外面再刷上蟲膠漆，熨貼一層較大面積 o．25mm塑形云母扳，待冷卻后，修整邊緣。V形環(huán)修補完后，需進行一次耐壓試驗，
(2)重新制作換向器V形環(huán) 若換向器V 形環(huán)是由于壓圈與v形環(huán)配合不好，壓裝時壓力過大使V形環(huán)滑片，而造成接地時，則必須更換V形環(huán)．
(三)換向片短路故障的排除
換向片短路故障通常是片間云母溝中流入焊錫和掉入金屬屑引起的，認真清理云母溝就能排除。
另外，在制造過程中，金屬屑等夾在換向片之間，換向器組裝后，如在片間試驗時擊穿．這時就必須將換向器解體，從換向片裝配成圓柱體中，抽出擊穿片間云母，進行修補，或更換相同云母片，
插回原處，重新組裝．
由于3度錐面涂封不嚴，碳粉灰塵進入積貯引起片間短路，這時也需將換向器解體，仔細清理V形槽中和V形環(huán)3度錐面上的積塵，并用酒精棉球精心擦凈．如發(fā)現(xiàn)V形環(huán)上3度錐面上因放電而表面有灼痕，則應將表面修平，刷上蟲膠漆．如灼痕較深，應補貼蟲膠云母板，用電熨斗熨平，片間短路故障排除后，應用交流220V試燈再進行一次試驗，確無短路時，方可重新組裝換向器．
(四)換向器組裝工藝
換向器解體排除故障后，需要重新組裝．在故障處理過程中，沒有松散換向片組合整圓，則不必重新車鴿尾槽，經(jīng)幾次烘壓即可組裝復原，加熱至120~C熱態(tài)下再擰緊固定螺母或拉緊螺桿，即組裝
完畢。
如換向器解體后，僅更換個別換向片或片間云母板，可將換向片組合重新排圓，新?lián)Q的換向片與云母板必須與其他換向片在鴿尾處對齊，用壓裝工具壓緊后， 且可組裝復原。當更換換向片和云母板較多，而且不能在鴿尾處對齊時，剛必須根據(jù)原來的換向器量規(guī)徑，重車換向片組合體V形槽．由于重車V形槽，換向器鴿尾變窄，則必須重配套筒和拉緊螺桿，但是v形槽車深尺寸不能超過lOmm，否則將使V形環(huán)外露尺寸過小．造成爬電距離不夠。
換向器解體后，全部換向片和片間云母是拆散后重新組合，則必須重新組裝與烘壓，工藝過程如下：
(1)換向片的壓力測量 將全部換向片和片間云母分成若干組，在油壓機上加壓到規(guī)定片間壓力，使每組的厚度相等，不等時可調(diào)整片間云母的厚度．
(2)一次裝配 用換向器一次裝配工具先將換向片排圓，在外圓上包一層絕緣紙板，然后套上外圍在油壓機上壓緊使成為一個緊固圓柱體，
一次裝配工具是由錐狀扇形塊和帶錐度外環(huán)組成，其錐度通常為5·，錐形環(huán)一般用中碳鋼，扇形瓦塊一般用鑄鐵，配合面粗糙度要求在Ra3．2一Ra1．6。
一次裝配時，必須保證：換向片數(shù)正確無誤，換向片對軸線應平行．不得有歪扭，在升高片端的云母片突出高度應相等。
換向器冷壓之后，還要加熱烘壓，烘壓溫度，時間和壓力，與云母板膠粘劑和換向器直徑有關(guān)，當片間云母板采用蟲膠云母板時，換向片烘壓次數(shù)，
(3)車V形槽 經(jīng)一次烘壓后，連同壓裝工具，在換向片組合體上車V形槽．v形槽加工要求十分精確，尺寸和角度應用量規(guī)徑樣板進行檢查，要求是兩面的信心度不超過o．5mm，30·惟度面必須與樣板貼合，V形槽表面粗糙度Ra3.2，片間無毛刺．
(4)二次裝配 二次烘壓時，需將換向器所有零件裝配成整體，再進行烘壓，使之成為堅固穩(wěn)定的整體。要求換向器二次裝配場地必須清潔，裝配時要嚴格防止灰塵和雜物進入換向器內(nèi)部。在擰緊螺釘或螺帽時，應對稱均勻地進行，要保持緊固時換向片端面和壓圈面的平行．
每次熱壓和冷壓后，必要擰緊螺釘或螺帽。
(5)端面涂封 烘壓結(jié)束后，卸掉壓裝工具，接著進行端面涂封。用加熱并加固化劑和填充劑的環(huán)氧樹脂，澆灌3度錐面處間隙，以防止水分和碳粉進入換向器內(nèi)部。涂封嚴密后，在V形環(huán)外露部分綁扎玻璃絲帶，平繞一層，并在表面刷一層光滑的蟲膠漆，以防止云母飛散和碳粉積存．也可用無緯帶綁扎一層，并用稀釋環(huán)氧樹脂涂刷表面，具有同樣的效果。
(6)半精車外圓表面 以換向器內(nèi)孔或定位止口為基準，在車床上半精車外圓，尺寸無公差要求，車光為止．
四、換向器的動態(tài)成形
(一)動態(tài)成形的目的和適用范圍
換向器的動態(tài)成形又稱回轉(zhuǎn)加熱。運行條件較惡劣，工作要求較高的換向器在裝配和半精車外圓表面后，需進行動態(tài)成形。
動態(tài)成形的作用是以較苛刻的要求來模擬電機運行條件，使換向器在高溫和高機械應力情況下，進行最后一次烘壓，并檢驗換向器質(zhì)量是否符合要求。因此，這一工藝過程包括要實現(xiàn)動壓成型和超速試驗兩個目的。
動態(tài)成形的適用范圍，
1)換向器表面圓周速度大于15m／S，
2)大型可逆轉(zhuǎn)電動機換向器，
3)兩段式結(jié)構(gòu)換向器 ．
(二)動態(tài)成形工藝設備
動態(tài)成形需在超過換向器工作溫度20—25，超過最高轉(zhuǎn)速1．2倍工況下考核換向器的穩(wěn)定性，因此，動態(tài)成形設備(又稱回轉(zhuǎn)加熱裝置)應包括：加熱器，溫度檢測裝置，換向器支承胎具、調(diào)速驅(qū)動裝置和保護外罩。在換向器進行功態(tài)成形時，用胎具和軸文承起來．保護外罩不但需要有足夠的強度，而且還兼起加熱室的作用，因此，內(nèi)面貼有保溫材料，底部還有電加熱器來實現(xiàn)加熱和升溫，裝置內(nèi)最高溫度應能達到并超過換向器工作溫度20~25"C。
此外，動態(tài)成形裝置還必須配有相適應的測溫和測速裝置．
(三)動態(tài)成形操作程序和標準
1)精車換向扮外圓，測量并記錄外徑或外圓的徑向跳動，
2)將被試換向器套裝到軸上或支承胎具上，
3)換向器胎具與轉(zhuǎn)軸一起進行靜平衡
4)將平衡過的換向器連同胎具、轉(zhuǎn)軸一起吊入裝置，軸置于軸承上．軸端套上皮帶輪，拉緊轉(zhuǎn)動皮帶，用蓋封好保護罩
5)使換向器低速旋轉(zhuǎn)，接通電加熱器，使加熱室逐漸升溫至換向器的工作溫度
6)按動態(tài)成形規(guī)范規(guī)定的參數(shù)，進行動態(tài)成形
7)第一次動態(tài)成形結(jié)束后，應打開保護罩，在熱態(tài)下，用扭矩板手擰緊螺母，此時，換向器溫度低于工作溫度，但不應超過20"C~
8)第二次動態(tài)成型結(jié)束后，需再次檢查換向器螺母擰緊情況，在同樣扭矩下，螺母轉(zhuǎn)動角度不應超過60度
9)用外徑千分尺或千分表來測量換向器的外徑或外圓的徑向跳動。對Dk<1000nm的換向器，動態(tài)成型前，后之差值不能超過o．03mm，對于Dk<10000m的換向器，差值不得大于o.05mm，測量外徑和外圓徑向跳動的位置
10)如果換向器在動態(tài)成型檢查中，當螺母擰緊角度超過60度，或外徑和外圓跳動值超過o．03~o．05mm時，則需重新做一次動態(tài)成形，直至符合規(guī)定值．
11)在動態(tài)成形后，換向器需重新打一次耐壓，施加電壓為3．5倍額定電壓(+2．5kV)的工頻交流電壓，時間lmin, 無擊穿或閃絡現(xiàn)象為合格。
五、升高片斷裂的處理
(一)升高片斷裂的幾種情況
用于可逆軋機傳動，經(jīng)常承受強烈沖擊和振動的直流電動機，升高片斷裂故障是較普遍的．升高片斷裂通常分幾種情況，
1)少量升高片斷裂。直流電動機在運行一段時間后，發(fā)生個別或少數(shù)升高片斷裂，這種情況通常是由于升高片材質(zhì)有缺陷，受機械碰撞或固定不緊而造成的．
2)數(shù)量較多的升高片頻繁斷裂，多次修理后仍輪流斷裂，這種情況往往是升高片疲勞所致，應考慮減少電機負荷沖擊和振動，更換升高片的材質(zhì)或增加升高片的厚度．
3)投入運行的直流電動機起初升高片很正常，而經(jīng)過一段時間運行后，開始出現(xiàn)斷片，而且往往按指數(shù)律增加，這種情況往往發(fā)生在大型可逆式軋機主傳動電機上，這和扭振現(xiàn)象有關(guān)．當電機和軸系發(fā)生扭振時，如升高片固有頻率和軸系扭振頻率成正數(shù)倍時，升高片易受激振而引起共振，此時升高片受力情況似兩端固定粱，在交變應力作用下很快發(fā)生疲勞，在升高片固定不緊時，這種現(xiàn)象更加嚴重．在處理時應考慮改變升高片結(jié)構(gòu)，并采取加強固定和減震措施。
(二)升高片斷裂的修理辦法
1．少量升高片斷裂的補焊
升高片斷裂部位通常在根部，一般處理較困難 。在斷裂片數(shù)較少時，為了縮短檢修工期，通常采用局部補焊，這種方法簡單，可不解體換向器．辦法是將已斷升高片，在離根部50~60mm處剪斷，用小鋸條在升高片斷裂部位拉出一個寬約2mm，深為7～12mm斜口槽，在槽內(nèi)搪錫，然后將與升高片尺寸相同的銅片插入槽中，用噴燈和烙鐵將換向片與銅片焊接起米，鋼片與剩余升高片應搭接30~40mm，也用焊錫焊住，焊后—般需測量片間電阻，看焊接質(zhì)量是否符合要求．焊接時應特別注意，不使焊錫流入電機內(nèi)，并不使換向片局部過熱．
2．升高片的重新裝配
如升高片大量斷裂，在焊補后仍然無效，這時應將換向器解體，更換全部升高片。升高片重新裝配工藝如下，
1)換向器解體，取出換向片，將全部升高片齊根剪去。
2)整理換向片。將換向片重新銑槽，并在錫鍋內(nèi)將槽壁搪上錫。
3)升高片鉚接．將頂先準備好的升高片插入銑好的槽內(nèi)，升高片與換向片必須保持垂直，在原來鉚釘孔位置新鉆孔 ，兩邊劃沉孔，用埋頭鉚釘將換向片與新升高片鉚接。鉚接完后，必須再檢查一次升高片與換向片是否垂直。
4)焊接裝配前升高片的焊接，一般是在搪錫鍋內(nèi)進行。焊前先在換向片槽的縫隙中，撤進松香粉末，將鉚上的升高片的換向片的開槽端浸入錫鍋內(nèi)，搖動幾次待錫灌滿縫隙提出錫槽，趨未冷卻時立即將換向片兩側(cè)面掛錫用棉紗擦凈，并外觀檢查槽內(nèi)是否有縫隙、孔眼存在。升高片改裝完成后，即可重新組裝換向器。
3、升高片結(jié)構(gòu)的改進
升高片是電樞繞組和換向片連接零件。在高速電動機和小型直流電動機中，由于電摳直徑和換向器直徑很接近，往往用換向片一端加高來代替升高片之外，其余電機升高片一般都用紫銅或成型鋼帶制成．
通常升高片一端有一并頭套，以連接電樞繞組，另一端沖成弧形插入換向片槽內(nèi)，中間沖擊一個圓弧段，以緩沖換向器和電樞繞組因繞度差和振動引起的應力．
在沖擊、振動較大工況下運行的直流電動機，往往發(fā)生升高片共振疲勞斷裂，升高片斷裂數(shù)量往往隨時間以指數(shù)規(guī)律增長，應考慮提高升高片材料的疲勞強度，并應改變升高片的結(jié)構(gòu)型式和截面形狀，以改變升高片的共振頻率，防止疲勞。
升高片結(jié)構(gòu)改造有兩種方案：
弓形升高片：一般升高片下料形狀為一條窄帶， 運行經(jīng)驗證明，這種結(jié)構(gòu)形式對于防止升高片根部疲勞斷裂是十分有效的。
捆束式升高片：將升高片下料尺寸放長，固定方式改為分組綁扎，捆束式升高片目前已經(jīng)在國內(nèi)逐步推廣，這種升高片的優(yōu)點可有效防止升高片疲勞斷裂，因為升高片束捆彎曲處長度較大，可以大大緩沖因撓度差引起的彎曲應力，而且綁扎成束的升高片柔性很好，不易引起共振而產(chǎn)生疲勞破壞。捆束式升高片為電樞繞組和鐵心的維護創(chuàng)造了條件，束捆之間的菱形網(wǎng)孔使維護人員的手和工具可以從換向器端進入電樞內(nèi)部．
由于捆束式升高片結(jié)構(gòu)上是將升高片捆在一起，所以升高片之間必須相互絕緣， 由于片間電壓較低，所以通常是間隔絕緣，采用云母帶，聚酰亞胺薄膜帶等半疊繞一層，外面加包o．1mm玻璃絲布帶一層作為保護布帶，片與片之間墊入lmm厚玻璃絲布板間隔墊塊，然后用無緯帶扎緊。為了使升高片在根部和頂部定位，所以在中間綁扎部分兩側(cè)仍需綁扎兩圈固定綁繩。
鋼質(zhì)升高片：將升高片材質(zhì)由紫銅改為鋼質(zhì)，這樣由于材料的強度和抗疲勞強度的提高，可以有效的防止升高片斷裂。西門子公司長期以來在大型直流電動機上采用鋼質(zhì)升高片，因而很小發(fā)生過升高片斷裂事故。采用鋼質(zhì)升高片一般是沖制成弓形的，升高片和換向片的焊接通常采用電阻釬焊或中頻釬焊，為了減少釬焊時的熱影響區(qū)，焊接時一般將梯形銅排焊接部分外，都浸泡在水中，焊接處每邊均放置一個感應線圈，用壓緊手輪將感應線圈緊壓住梯形銅排，然后通中頻電流將其感應加熱，并往焊縫中加釬焊料和焊劑。
4．升高片的加固
大型直流電動機中，升高片較長，由于負載沖擊，軸系扭振和高速制動等原因，都會引起升高片的振動，從受力情況來看，升高片象是一個兩端固定扁薄梁，在機械振動的激振下，將發(fā)生固有頻率的振動，當激振頻率和固有頻率合拍時，升高片將發(fā)生共振而產(chǎn)生較大的振幅，而導致疲勞斷裂。所以升高片中間部分必須加以固定，以限制升高片的自由振動。
大型直流電動機的升高片固定有很多方式，常用的有間隔墊塊．綁扎繩環(huán)、固定梳子和彈性墊塊．間隔墊塊固定方式是升高片中間沖一個孔，間隔墊塊的凸起圓柱正好嵌在升高片沖孔，沿圓周一圈，正好把換向器升高片墊緊密。綁扎繩環(huán)，是在升高片一定部位，用尼龍繩或無緯帶交叉穿片，在升高片上構(gòu)成一道綁扎繩環(huán)。綁扎繩環(huán)道數(shù)，是根據(jù)升高片高度來選擇．升高片固定梳子是用環(huán)璃絲布板銑出梳子狀溝，將梳子插入升高片，不銑槽的一端用螺釘固定在電樞壓板上，以防止升高片因慣性力而振動。
為了防止升高片的斷裂，最近又采用在升高片根部楔入彈性墊塊(通常是硅橡膠墊塊)，這樣不但使升高片的根部應力減少， 而且彈性墊塊也對升高片的振動起有效的阻尼作用。
六、換向器的表面處理
電刷與換向器構(gòu)成的滑動接觸是影響換向的重要因素．電刷和換向器在直流電機運行中實際上是一個滑動開關(guān)的作用，因此，換向器表面工作狀態(tài)是很關(guān)鍵的， 首先，要求工作時電刷應能始終保持平穩(wěn)的接觸，無抖動和跳動，其次，要有較低的摩擦系數(shù)和較高的表面硬度，以延長電刷和換向器壽命。
通常對換向器工作表面有如下幾點要求：
1)表面要光潔平滑，工作時電刷能干穩(wěn)的接觸，無跳動。
2)片間云母下刻要干凈，不能有殘余云母粘留在換向片側(cè)邊，更不允許有云母片突出云母溝，其次，換向片的倒棱必須平直、均勻。
3)建立均勻的有光澤的氧化膜，不僅能降低摩擦系數(shù)，而且也增加了表面硬度，提高了換向器耐磨性， 同時， 由于氧化膜具有較高的電阻率，限制了附加橫向換向電流。
因各種原圖造成的換向故障， 都會損壞換向器表面氧化膜和工作狀態(tài)，如不及時排除故障或處理，則將進一步使換向更加惡化，而導致惡性循環(huán)．當換向器表面出現(xiàn)不正常狀態(tài)時，必須及時進行處理以防止事故進一步發(fā)展．
換向器表面處理通常有以下幾種方法．
(一)用砂紙打磨
這是常用最簡單的處理辦法。可以處理換向器 表面燒傷造成灼痕．氧化膜破壞，斑痕和較輕的條痕。
在采用砂紙打磨換向器時，必須要選用粒度較細的水磨砂紙，操作時先將砂紙包在一長方木塊上，然后用木塊輕壓在換向器表面，在電機旋轉(zhuǎn)時將木塊沿換向器長度方向緩緩移動，即可對換向器表面起砂光作用，砂光后必須用壓縮空氣吹凈銅粉和砂粒，并檢查換向器表面粗糙度和云母溝中是否沾有銅粉等殘留物。砂紙打磨的缺點是破壞了換向器表面氧化膜，因此，進行操作后必須重新建立氧化膜。
為了打磨時能有較細粗糙度，電機轉(zhuǎn)速應適當高些，操作時應注意安全。
(二)用柔性磨石清理換向器表面
用柔性磨石清理換向器表面一船是用于氧化膜不均，斑紋，氧化腆過厚以及表面污垢．
柔性唐石，這是寶鋼近來引進的一種新的換向器維修材料，是英國摩根公司開發(fā)的。它是用細微的研磨料和橡膠用粘合劑壓制成的，是具有柔性的非導電性研磨材料外觀呈咖啡色．
在清理換向器表面時，讓電機以正常速度旋轉(zhuǎn)，操作者可手持柔性磨石以適當?shù)牧涸趽Q向器上，并將磨石沿換向器長度方向緩緩的來回移動，直至獲得滿童的效果。
使用柔性磨石進行維修作業(yè)，操作簡單，既不會破壞換向器氧化膜，又不產(chǎn)生粉塵，而能有效地除去厚的氧化膜以及氧化膜污垢，打磨后換向器表面呈現(xiàn)薄而均勻有光澤的氧化膜。解決了大型直流電機換向器表面的清掃間題，而且使氧化膜能保護完好，是一種值得開發(fā)和推廣的換向器維修材料．
但由于操作是在電機旋轉(zhuǎn)的情況，換向器和電刷帶電條件下進行的，因此，操作時必須注意安全。
(三)用”換向器清理石”修磨換向器
“換向器清理石”可以用來修磨換向器燒傷留下的灼痕、輕微的條痕，電刷鍍銅，擠銅后的換向器砂光，也可以清理不正常的氧化膜。
“換向器清理石”又稱“電刷修磨石”，是由疏松，較軟的磨料加粘合劑壓制而成，其外觀和顏色和粉筆很相似，它可以同時修磨換向器和電刷．是由美國理想公司開發(fā)和生產(chǎn)的。寶鋼引進“換向器清理石”后，用于現(xiàn)場的換向器維修，取得了比較理想的效果。
使用換向器清理石對電刷和換向器進行修磨的操作方法如下：
1)修磨換向器表面操作方法．在修磨換向器表面時，首先用布擦去換向器表面沾結(jié)的油污，并抬起大部分電刷，只留下維持電機空轉(zhuǎn)所需部分電刷，以減少電刷磨耗。根據(jù)換向器尺寸選擇適當大小的修磨石，在電機低速轉(zhuǎn)動時，注意地將其壓緊在換向器表面，并沿軸向緩慢地來回移動，便能均勻有效地從換向器表面清除污垢、積碳，灼痕和過厚的氧化膜。對于轉(zhuǎn)速較高的直流電機，操作更須注意，在修磨時不能來回移動，而必須是謹慎地將修磨石靠緊在刷塑邊上，依次分若干段對換向器進行修磨．
修磨石對換向器表面的清理程度可完全由操作人員根據(jù)需要來掌握．短時間輕度的修磨能清除換向器表面的污垢和減薄氧化膜，時間稍長的適度修磨可以完全清除氧化膜和表面灼痕，為重新建立換向器氧化膜作準備．
修磨換向器表面產(chǎn)生了一定數(shù)量粉屑和渣粒，操作后，必須用吸塵器進行吸掃，以免粉屑殘留在換向器上或進入電機內(nèi)部．吸掃后，檢查換向器表面，云母溝，刷握內(nèi)等應均無粉屑和渣粒時，再將電刷復位，并統(tǒng)一調(diào)整電刷彈簧壓力，修磨作業(yè)便告結(jié)束．
2)修磨電刷的操作方法．選擇修磨石的寬度略大于電刷寬度，將電刷彈簧壓力適當調(diào)大，并將修磨石在緊貼刷握進入邊壓靠在換向器上，由于修磨石粉末隨換向器旋轉(zhuǎn)被帶入電刷下，就對電刷接觸面進行了修磨，每個電刷修磨時間僅需幾秒鐘即可完成．操作時應注意，在對電刷進行修磨的同時，也在對換向器進行修磨。
電刷修磨達到要求后，也必須對換向器表面和電刷進行吸掃，調(diào)整并恢復彈簧壓力。
用修磨石清理換向器表面氧化膜和電刷接觸面，可以大大簡化操作和改善勞動條件，效果也較明顯，但由于是在電機旋轉(zhuǎn)時帶電操作，因此，必須注童安全．
修磨石根據(jù)使用要求和粘結(jié)比例不同，有硬(H)、中(M)和軟(s)三種，其尺寸和規(guī)格也備不相同，可根據(jù)使用要求來選用．
(四)用換向器磨石打磨
直流電機在長期運行后，由于換向不良、電刷布置不合理和電刷材質(zhì)不合適，在換向表面往往會出現(xiàn)條痕、有規(guī)律燒傷，表面出現(xiàn)麻點以及不均勻磨損形成軸向波浪度，通常需采用打磨換向器來處理。
換向器磨石是砂輪廠特殊制作的一種組織，但較疏松，粒磨的砂石燒結(jié)成磚形．在使用時需將磨石用粘結(jié)劑粘在帶把的打磨工具的座底上，打磨時換向器速度應在l0m ／S左右，用雙手將砂石穩(wěn)定的壓在換向器上，手持壓力不能過大，一直打磨到看不見表面燒痕和溝道為止，磨石打磨完后，再用粒度較細的砂布(240目左右)圍在木塊上，用相同的辦陸，再打磨一遍．要求高的換向器，還應用帆布代替細砂布，再打磨一遍。
必須注童：切忌使用金剛砂布打磨換向器，因為金剛砂微粒嵌入換向器表面，能劃傷換向器和電刷表面，使表面形成細溝道，并影響氧化膜的生成．
當換向器表面燒傷嚴重，溝道較深以及軸向波浪度超過o．5mm時，打磨換向器將不能達到改善換向器表面狀態(tài)的作用，應車削換向器表面。
(五)換向器的現(xiàn)場切削
在電機運行之后，如出現(xiàn)換向器變形、突片，擺度超過允許值，以及出現(xiàn)較深溝道、嚴重燒傷現(xiàn)象和發(fā)生環(huán)火事故后，應車削換向表面。
在切削換向器前，應先檢查換向器定位螺釘和銷釘是否松動，緊固螺帽和拉緊螺桿是否松動，如有松動，應緊固后再切削換向器．
換向器切削有兩種方法：
1)在車床上切削，適用于中，小型直流電動機，拆卸和運輸較方便，而且一般車床上都能切削
2)大型直流電機換向器的本體切削。大型直流電動機電樞重量很大，拆裝困難，在現(xiàn)場本體切削可以節(jié)省大量拆裝工時，不用考慮運輸條件和加工車床問題．但是要解決被車削電機的施動問題。一般要裝設一套低速傳動機構(gòu)，即軸頭裝一個聯(lián)接齒輪，再用一減速箱將拖動電動機和聯(lián)接齒輪耦合起來，以實現(xiàn)變速的目的．
切削時，應卸去水平位置的一排刷架，在換向器側(cè)面裝設一臨時刀架(最好是車床上帶溜板箱的刀架)，在空轉(zhuǎn)時，先對好刀，車刀以硬質(zhì)合金刀和金剛石刀為好。
切削時應注意：
1)切削前，應用絕緣紙將升高片全部糊起來，以免銅屑進入電樞內(nèi)部遺留隱患．
2)切削時，由于電動機轉(zhuǎn)速較低，應加強軸承潤滑，防止燒瓦。
3)通常車削時，換向器圓周速度為2~2．5m／S，每次吃刀量為0．2~0．3mm，精車時吃刀量為O．1~O．15mm，走刀量為O．1~0、15mm／r，。
4)切削后，至少應達到Ra1．6的粗糙度．
5)切削結(jié)束后，可適當提高轉(zhuǎn)速，用240目以上細砂布(不能用金剛砂布)打磨一次．
(六)帶電切削換向器
1．帶電切削換向器的優(yōu)點與存在問題
換向器帶電切削，是指直流電動機，依靠自身驅(qū)動，在換向器帶電狀態(tài)下進行車削。這種換向器的切削方法，可以大大節(jié)約拆裝工作量，節(jié)約材料和縮短工期。
但是，過去在采用帶電切削法時，往往產(chǎn)生較大的刀尖火花，致使刀具磨損很快，不但影響工時，而且切削粗糙度不細。因此，帶電切削關(guān)鍵問題要消除刀尖火花。
2．刀尖火花的原固分析
1)切削點的換向片間存在電位差．切削點的電樞繞組元件存在感應電動勢，當帶電切削時，銅屑和刀尖短路了兩個電位不等的換向片，必然會有短路電流流過，而當?shù)都夂蛽Q向脫離時，就會產(chǎn)生火花，燒蝕了刀尖，使它很快變鈍。
2）被短路元件的電磁能量釋放。在切削點處刀尖短路了一個電樞元件，原來元件中存在支路電流，刀尖短路瞬間，電流改從刀尖流過，元件的電磁能量就會以火花形式釋放出來，刀尖也將產(chǎn)生火花。
3．改進操作帶電切削換向器
1） 車刀對刀架必須良好絕緣，以避免造成電樞接地、
2） 拆去奇數(shù)排刷架。為了便于操作和安裝刀架，對被切削的電動機來說，一般為蛙繞組或疊繞組，拆去奇數(shù)排刷架時，節(jié)削區(qū)兩邊電刷是同極性的，所以在切削區(qū)電樞繞組內(nèi)設有支路電流。
3） 切削必尖一定要在電刷中性位置，這時能使切削時被銅屑和刀尖所短路元件內(nèi)的感應電勢為零。
4） 斷開（或短路）切削點相鄰換向極與補償繞組，因為刷架拆去后，電樞元件內(nèi)支路電流為零，電抗電勢等于零，所以最好使換向電勢也等于零。
5） 電動機在帶電切削時，盡量采用弱磁，低電壓動行，這樣可以減少節(jié)削區(qū)之外的銅屑火花，并改善主極繞組發(fā)熱。
6） 帶電切削的工藝參數(shù)和注意事項，同現(xiàn)場本體切削換向器相同。
（七）換向器云母溝下刻和換向倒棱
在打磨和切削換向器后，必須進行下刻和倒棱，以改善換向器表面的工作狀態(tài)，保持良好地滑動接觸，減少電刷磨損和防止片間閃絡的可能性。
1） 云母溝下刻。下刻深度1.5～2mm，下刻深度太小，易產(chǎn)生云母片突出，下刻深度過大，云母溝中易積存碳粉。
云母溝下刻是一項細致和工作量很大的工作。下刻要求光滑平直，兩邊殘存云母片必須弄凈。云母溝下刻一般用手工操作，下刻工具一個夾緊鋸條片的帶把工具。
2） 換向片倒角。換向片倒角能減少電刷磨損和云母溝積灰，對于防止換向片銅毛刺和閃絡的發(fā)生，也是有效的，換向片倒角能常要求是0.5×45°，要求均勻平直，倒角工具一般是用鋸片磨制成的。
換向器下刻和倒角操作時，用力要均勻，操作要細心，特別防止劃傷換向器表面。
由于云母溝下刻工作量很大，是很繁重的一項操作，所以近年來已經(jīng)出現(xiàn)用電動工具下刻云母溝，手持式云母下刻工具，是用一個小馬達帶動一個小的薄銑刀片，操作時，把銑刀片對準云母溝。電動下刻也有采用手持式風動下刻工具，是用壓縮空氣帶動銑刀片，使用方法和電動下刻工具相同。
3）換向器表面精砂光。在換向器下刻和倒 角操作結(jié)束后，應先旋轉(zhuǎn)時就將換向器表面重新精砂光一次，使換向器有較細的粗糙度。