窑主传直流电机专题调研报告.docx

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窑主传直流电机专题调研报告

窑主传直流电机专题调研报告

为进一步加强主机设备管理，提高窑直流电机运行受控度，针对窑主传直流电机存在的共性问题，电气自动化部于2012年9月3日-5日组织相关专业人员到直流电机生产与维修单位进行实地考察调研，双方围绕着公司南洋窑主传直流电机运行中存在的问题（电机整流子打火、电机定子温度高及电机停机后绝缘下降快）进行交流研讨。

具体情况如下：

一、直流电机换向打火分析

首先介绍火花等级的分类及其危害，根据“火花”大小，对直流电机的“打火”分为五个等级：

1级、11/4级、11/2级、2级、3级。

一般11/2级及以下属于无害火花，2级以上属于有害火花。

火花等级分类

火花等级

碳刷下的火花程度

换向器及碳刷的状态

1级

无火花

换向器上没有黑痕及碳刷上没有灼痕

11/4级

碳刷边缘仅小部分（约1/5至1/4刷边长）有断续的几点点状火花

11/2级

碳刷边缘大部分（大于1/2刷边长）有连续的较稀颗粒状火花

换向器上有黑痕但不发展，用汽油即能擦除，同时碳刷上有轻微灼痕

2级

碳刷边缘大部或全部有连续较密的颗粒状火花，开始有断续的舌状火花

换向器上有黑痕用汽油不能擦除，同时碳刷上灼痕；如短时出现这级火花，换向器上不出现灼痕，碳刷不烧焦或损坏

3级

碳刷整个边缘有强烈的舌状火花，伴有爆裂声

换向器上有黑痕，用汽油不能擦除，同时碳刷上灼痕；如在这一级火花下短时运行，换向器上将出现灼痕，同时碳刷将被烧焦或损坏

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、碳刷材质及压力不合适、碳刷刷握间隙不合适、碳刷刷握工作不良、刷架中心与电机主磁极中心偏差过大等；

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。

4、制造的工艺上的原因。

由于设计时补偿度（补偿绕组用于消除由于电枢反应所引起的气隙磁场畸变，减小了产生电位差火花和环火的可能，补偿绕组的大小和结构将直接影响打火的大小）和换向宽度设计不合理、制造过程中整流子铜排质量不合格、换向器表面的同心度和云母下刻的深度达不到要求、升高片焊接不牢等原因导致碳刷打火，由此类原因引起的打火在使用初期即会产生，一般情况厂家在出厂时都进行严格的测试和质量把关，出现此种情况较少。

上述对直流电机换向打火的原因及火花等级进行总结，总体来说，导致直流电机打火的原因有两大类：

一类是机械“火花”，一类是电气“火花”，为了正确的消除有害火花，找出产生火花的原因，专业人员对公司目前引起打火可能存在的原因进行细化，具体情况如下：

1、日常使用不规范，长期超负荷或轻负荷运行。

电机负载电流大，长期过负荷使用并超过电机允许的过载倍数，导致电机温升高；负载电流偏小导致氧化膜难以形成（一般每个碳刷的电流密度在8A/mm2和12A/mm2之间会有助于氧化膜的形成），这些因素都有可能导致火花的产生。

2、碳刷安装、使用不规范引起的“火花”。

碳刷长时间使用磨损过大导致压力偏小；使用不同牌号的碳刷导致导电率和接触电阻不一样，碳刷的磨损速度也不一样；碳刷在刷握内不能自由活动、存在卡滞现象；在更换碳刷时没有进行打磨、碳刷与整流子的接触面积不够等原因。

3、刷握及刷卡安装使用不规范产生的火花。

由于刷握或碳刷的质量原因导致彼此之间的间隙过小，碳刷不能自由在刷握内活动，刷握与换向器表面的距离不合理，距离大易导致碳刷的跳动，距离过小易造成与换向器表面的拉弧；更换的刷卡弹簧压力与其他压力不一样、压力不合理（全部碳刷压力差不超过±10%）等。

4、换向器本体存在问题导致的火花。

由于维护保养工作不到位或工况原因导致换向器本体存在一些问题：

如换向器磨损大，表面粗糙不达标准；云母片拉槽不清，凸出、有毛刺；换向器倒角不良；换向器表面太脏、有油污、灰尘等。

5、检修施工不规范，刷架的磁力中心线位置发生偏移导致打火。

由于施工前没有做好标记，检修后中心位置发生偏移导致换向效果变差出现火花。

6、电机振动大导致的打火。

因负载原因、“找正”不当或电机自身等原因引起电机振动大，碳刷的跳动也变大，接触不良导致火花。

7、电机绕组存在问题。

电机长期使用后，多种原因引起电枢绕组、换向绕组、补偿绕组有匝间短路引起的换向火花。

8、工作环境方面的原因。

空气中存在有害气体和耐磨性灰尘；电机的周围环境温度过高或低。

9、刷握、碳刷、刷架等更换的零部件质量出现问题。

如碳刷的尺寸不对、卡簧的压力过大或过小、刷架支撑力不够等均会对电气的打火产生影响。

直流电机的换向不良，火花大的问题与许多因素有关，而有时又是好几个因素相互影响的，有时一个因素在电机同时出现几个换向不良的症状，所以直流电机换向的故障处理是比较复杂和困难的工作。

处理的方法最好是进行全面的检查，将影响各种复杂因素逐一澄清，找出问题所在，“对症下药”。

二、关于电机定子温度高、绕组散热不良的分析

1、设计及制造工艺问题。

原出厂材质选择存在不足（电机硅钢片的选择、铜导线截面积的大小等；电机定子内部空间设置、线圈端部是否带通风口、线圈是否采用分层保证线圈的散热及绕组热电阻的安放位置等。

2、热平衡参数的选取。

对电机强制通风量的选取及与电机发热量是否平衡。

3、使用工况。

电机是否存在长期过载、强制通风量不足或是电机使用环境温度过高等情况。

（图一、电机定子内部结构）

（图二、电机转子外部）

三、电机绝缘下降快分析

1、电机绝缘结构。

电机绕组是否采用真正的真空浸漆，挂漆量可否满足要求，绕组及铁心之间是否充满绝缘漆。

2、电机使用环境。

空气是否潮湿，由于电机运行时电机处在高温情况下，停机后由于温差变化在电机内部易产生水汽。

3、日常维护和保养。

电机停机后是否彻底清除灰及碳粉，长期灰尘及碳粉的堆积易造成电机绕组散热不良及绝缘老化。

4、电机使用工况。

电机使用过程中是否存在长期过载情况或是开停机频繁等，以上两种情况，都容易造成大电机冲击绕组，使得绝缘下降。

针对水泥行业实际情况和我公司前期直流电机出现的问题，结合此次交流的内容，对公司后期直流电机的运行管理提出以下要求：

一、规范日常点、巡检体系，完善巡检内容，建立专门的巡检表格，做到及时发现问题及时解决。

1、巡检碳刷是否存在火花，火花等级是否在受控范围内（对照上表）。

2、碳刷是否存在磨损过大的情况，当磨损超过1/3以上时原则上要进行更换，如不具备条件要加强监控，打火加剧将必须停机进行处理；碳刷是否存在跳动过大或是刷握内存在卡滞等现象。

3、定子绕组、电枢绕组、换向器、碳刷的温度是否正常。

F级绝缘绕组温度一般在100度以下，换向器温度一般不超过80度，否则要对电机进行检查；整流子和碳刷的温度可用手持式测温枪检测。

4、换向器表面是否存在碳粉、油污、灰尘等污染物，整流子表面是否有被灼伤的痕迹。

5、电机振动及声音是否正常、电机轴承运行是否正常、冷却风机的风量、风压是否正常，进出风口过滤网是否堵塞等。

6、查看电流是否波动异常，电机绕组温度是否在合理范围内。

7、查看测速发电机连接件磨损或是松动情况，如若松动会导致测速波动，电流异常变化。

二、规范日常的维护保养工作，杜绝因维护保养不到位或不规范引起的电机故障，提升直流电机运行质量。

1、正确选择碳刷（电阻系数、允许电流密度、抗弯强度、硬度等技术参数进行优选）和调整碳刷。

碳刷的工作电流密度过小（电刷工作电流密度为8-12A/cm2的范围内），会造成电机的换向器表面不容易形成氧化膜，且易造成换向器表面出现线状和槽状刻痕。

反之电流密度过大，会造成电刷和换向器表面过热，火花变大（通过现场调研电机制造厂家和维修厂家均采用摩根D374N及D374B碳刷，另部分公司为保证窑运转周期，在原摩根D374N及D374B碳刷基础上使用摩根CH33N2（12.5*32*50）碳刷，此碳刷材质与D374N一致，但高度高原来碳刷1cm，碳刷长度的增加有利于使用周期的延长）：

一是在更换碳刷时，首先查看碳刷磨损高度，如磨损高度达1/3-2/5之间即可更换，在更换新碳刷前将碳刷进行研磨，使得研磨后的碳刷接触面积达85%,且必须更换同一品牌的碳刷。

二是碳刷在刷握内活动自如，其与刷盒之间的间隙保持在0.1-0.2mm左右（热膨胀后）。

三是刷握与整流子之间保持垂直，同时每相邻的刷握之间保持等分距离，刷握与换向器之间距离保持在2-3mm；在更换刷握时要对刷握弹簧压力进行检测，正常控制在1.6～2.4N/cm2之间，可使用弹簧秤进行测量。

（图三、电机刷架示意图）

2、停机检修时对换向器进行全面细致的检查和处理，保证电机各项性能指标在合理范围内。

换向器应是呈正圆柱形光洁的表面，不应有机械损伤和烧焦的痕迹。

换向器在负载下经长期无火花运转后，在表面产生一层暗褐色有光泽的坚硬薄膜，也就是我们通常所说的氧化膜，这是正常现象，氧化膜的形成有利于减小碳刷、换向器表面的磨损、提高导电性能及增加强度的作用，这层薄膜必须加以保持，不能用砂布磨擦。

（图四、换向器表面氧化膜）

若换向器表面出现粗糙、烧焦等现象时可用0号砂布在旋转着的换向器表面上进行细致研磨。

若换向器表面出现过于粗糙不平、不圆或有部份凹凸现象时应将换向器进行车削，车削速度不大于1.5m/s，车削深度及每转进刀量均不大于0.1mm；换向器表面磨损很多时，或经车削后，发现云母片有凸出现象，应以铣刀将云母片铣成1-1.5mm的凹槽，倒角的保证在45度左右。

如果下刻深度过深使得碳粉易堆积引起片间短路，产生火花，太浅运行一段时间后云母会凸出，导致碳刷跳动打火，换向器车削或云母片下刻时，须防止铜屑、灰尘侵入电枢内部。

对换向器表面存在的碳粉、油污、灰尘等污染物用酒精进行擦拭；对换向器表面的毛刺或轻微的磨损进行打磨，对换向片边缘的倒角进行检查如有变化则要进行修整；倒角如果过于垂直易造成碳刷磨损过快且碳粉堆积，埋下绕组匝间短路及对地的隐患，以上内容可参照《GB1311（直流电机试验方法）、GB755（旋转电机基本技术要求）》。

（图五、云母槽深度）

3、停机时对电机定子腔内进行清灰（严禁使用高压气体进行吹扫，如压缩空气）。

换向器下方的碳粉或积灰尽可能用吸尘器首先吸出，防止将碳粉或灰尘吹入绕组内部引起匝间短路，清灰后须对换向器表面及槽楔用酒精进行擦洗，避免防止扬尘在槽楔内堆砌。

4、在对刷架进行检修前要注意做好标记，防止磁力中心发生偏移。

如需对刷架进行拆装或位置的移动。

提前用记号笔在刷架的根部做好标记，检修结束后一定要按原来的标记复位；刷架位置变化会导致磁力中心线发生偏转，一旦中心发生偏移可采用感应法进行定位。

具体方法是用机械万用表mv档位搭在正负极刷架上，通断反复通断励磁，并来回调整刷架的圆周位置，当机械指针在零位是即为中心所在。

5、控制直流电机的温升在允许的范围内，如温度过高采取降温措施。

根据规程的要求，通过热电阻测量的F级绝缘绕组温度温升控制在105摄氏度。

通常要求绕组温度不要超过110摄氏度，温度高要进行相应的检查：

一是因负载原因如部分公司因窑胴体不对中、窑内结皮不均及机械部件的校正等情况，且未及时采取有效措施进行调整，最终导致的温升过高，此种情况须及时的调整负载，确保电机在额定条件下工作。

二是检查冷却风机风量是否正常，针对部分公司在冷却风机入口增加过滤网的情况，要定期清理过滤网的积灰，必要时进行更换，避免过滤网堵塞造成的冷却风量不足的情况。

三是针对直流电机冷却风量可能存在不足的情况可与电机的生产厂家进行核实，确认所配置的冷却风机风量及压力是否满足冷却要求，如果达不到要求则需要对冷却风机进行增容，以保证电机散热正常通风。

四是关注励磁电流的变化，如励磁系统电流变大也会引起发热。

通过以上措施电机仍然超过允许的温度则要将电机进行停运检修，以保证运行安全。

6、针对直流电机停机后绝缘下降较快，换向及补偿绕组出现匝间短路的情况各公司要加强开机前的绝缘检查。

绝缘迅速下降说明绝缘存在问题，一是与电机的绝缘结构（匝间、对地绝缘及真空浸漆）有关；二是与电机内部堆积的碳粉清理不及时引起，碳粉长期堆积在绕组之间易引起绝缘老化，绝缘容易下降；三是由于电机过负荷引起大电流冲击电机绕组绝缘，长时间导致电机绝缘受损。

针对上述原因在日常维护中要加强对碳粉的清理，清理时尽量用吸尘器进行吸尘。

开机前要检查定子和电枢绕组的绝缘，达不到要求需要通过开启加热器或采取通电发热等方法进行烘烤。

如采用直流焊机进行烘烤一定要安排专人在现场进行监控，严格控制电流的大小，确保加热时的安全。

7、轴承的维护保养。

我公司使用的直流电机的轴承都带有加油嘴，正常运行时只需定期的补充油脂，根据电机的运行周期或轴承的状况，可适当减小轴承更换周期，对电机轴承进行日常巡检时需加强轴承温度的检查，查看电机温度变化是否出现异常。

三、加强电机外委修理监管力度，提高电机维修质量，并做好电机开机前绝缘检查测试。

1、除了各公司自行开展的检查维护工作以外，根据电机的运行状况，有些情况需要将电机送到专业的厂家进行维护保养，在此过程中，需要注意以下方面：

公司在送修之前须针对电机的运行情况与维修单位进行充分的交流和沟通，确定好维修方案，在安排电机外委维修时需同时安排一名对直流电机较为熟悉的人员全过程跟踪电机的维修过程。

确保按照规范和合同规定的内容进行进行维护。

电机维修结束后必须对电机进行相关的试验。

通常需做直阻测量、绝缘电阻等。

2、日常开机前必须对电机绝缘进行检查，建立开机前的检查审批制度，额定电压为36V以上至500V的用500V兆欧表测量，额定电压在500V以上的用1000V兆欧表测量，定子绕组和电枢绕组的绝缘达到1MΩ以上方可开机。