劉小明，劉振興（武漢科技大學冶金自動化與檢測技術教育部工程研究中心，武漢430081）

摘要：本文對直流電動機主要故障表現特征進行總結，對相關的主要故障檢測和診斷方法進行介紹和評述，提出直流電動機故障診斷的發展方向。

關鍵詞：直流電動機；故障檢測；故障診斷；專家系統

中圖分類號：TM381; TM307+．1    文獻標志碼：A    文章編號：1001-6848( 2010) 01-0086-05

            

0引  言

  直流電動機具有調速特性好、能承受頻繁沖擊負載、過載能力強、能實現頻繁快速起動制動以及逆向旋轉等優越性，使其在當前“以交代直”的發展趨勢中仍然在傳動領域，尤其是在調速性能要求很高的重要系統中占有極其重要的地位�，F代工業生產設備的大型化，生產工藝連續化、高速化使得直流電動機等重要設備故障引起的停工停產損失極大增加，維修費用大幅度上升。因此，從維持系統穩定、減少事故、降低成本等方面出發，十分有必要對直流電動機進行故障檢測和故障診斷。本文將在總結國內外學者在直流電動機故障檢測和故障診斷方面的研究成果的基礎上，對此作一個比較全面的介紹。

  刷火異常是綜合反映電動機各種故障的先兆，明亮、暴鳴狀、火球狀或飛濺狀刷火明顯標志了換向不良。刷火異常通常由電磁原因、機械原因、負載原因，環境原因等造成。

    電刷工作面出現霧狀的輕微燒痕、過熱、磨損過快、磨損不均、振動、噪聲大，甚至碎裂、掉邊缺角等，都說明了電機換向存在故障。造成電刷故障的原因是電刷壓力過大、接觸電阻過大、換向器偏心、電機火花過大、環境溫度過高過低、粉塵過多等。

    常見的換向器表面故障有隔片燒傷、相隔一個極距燒傷、局部區域燒痕、換向片沿圓周不均勻燒黑等。誘發換向器故障的主要原因有升高片有開焊、刷粉將換向片局部短路、換向器表面不圓、產生刷火、電刷電流分布不均、電機定子中心不對、轉子不平衡等。

    電樞常有接地和短路故障。電樞短路故障包含換向片間短路和電樞繞組匝間、層間短路。換向片間短路更常見。換向片間短路的原因有換向器云母溝內或升高片根底有大量導電雜質、電刷灰等使片間短路；V形云母環3度面縫隙內進入導電粉塵。電樞繞組匝間或層間短路原因主要有電樞繞組絕緣長期過熱老化；繞組遭受潮氣、酸類侵蝕；槽內線圈松動、線圈絕緣遭受機械損傷等。

    繞線斷裂、開焊等故障也時有發生，主要征兆有振動大、噪聲大、電樞電流波動大。其原因有負載過大、電流過大、機體材料缺陷等。

    定子繞組常見故障有絕緣電阻降低、匝間短路、斷路、接地以及繞組連接極性接反。定子勵磁繞組絕緣電阻降低的原因有絕緣表面有污垢和碳粉、絕緣受潮、絕緣老化。勵磁繞組匝間短路較多時，電機會產生振動、繞組發熱或冒煙、勵磁電流劇增、絕緣有被燒焦的痕跡。故障原因有線圈絕緣表面積滿灰塵和油污、制造或重繞修理時造成S彎處匝間短路、搬運檢修時造成的機械損傷。勵磁繞組接地是由于線圈對鐵心松動、對地絕緣遭到磨損。電機起動困難、轉矩降低，甚至不能起動的原因是勵磁繞組接反或斷路。

    補償繞組和換向極繞組常見故障是匝間短路和對地擊穿。

  元件開路、元件脫焊和匝間短路等故障發生時，電機的電樞電流（包括啟動電流和穩態電流）會有較大的變化。電樞繞組中的一個元件開路，當其他電磁參數未發生改變時，導致電樞并聯支路數的減少，引起電樞電阻增大，必然使平均電樞電流減小，電機轉速下降，電流的脈動頻率減小。電樞繞組線圈短路后與正常情況相比，電樞電流比正常狀態下增大了，起動過程的電樞電流的下降速率降低^[2-7]

    永磁直流電動機的電樞電沆的瞬態響應為：

式中，U為電源電壓，i_a為電樞電流，R_a為