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                直流電機碳刷更換及調整

                2021-06-01

                江小四

                摘 要:選用直流驅動的索道經過長時間的運轉,不可避免要進行主電機碳刷更換的維護項目。本文通過對主電機碳刷更換工作流程的詳細介紹; 更換中巧妙對整流子表面輕度溝槽打磨處理; 以及更換后出現電磁性換向火花,通過簡單易行的辦法,調整主電機碳刷幾何中心線來消除火花的全過程,供索道同仁在直流電機的維護中提供參考。本人水平有限,如有不妥,請見諒。

                關鍵詞:碳刷;換向器;幾何中心線;更換;調整

                在矢量變頻技術未取得突破以前,直流電機由于起動性能好,易實現平穩調速的特點一直為脫掛式索道主拖動的首選方案。如果我們把控制系統的PLC 比喻成脫掛式索道的大腦,那么為索道提供主驅動力的直流電機就是其心臟。由于主拖動電機的功率大,而且是進口設備( 多貝瑪亞公司的主電機選用的是ABB 公司的DMI 系例產品),價格昂貴,大多數的索道公司在運行初期都沒有備件。這就對我們的電氣維護人員維護水平提出了更高的要求,下面結合我們對直流主電機維護工作中遇到的實際問題及解決方法,談談在直流電機維護方面的經驗。

                一、主電機碳刷的更換

                直流電機與交流電機在結構上最大的區別在于直流電機有換向器和碳刷裝置,我們在對直流電機維護上除了與普通交流電機一樣的常規保養外(如定期對軸承加油、對電機繞阻的絕緣檢查等),最重要的一項工作對換向器整流子和碳刷的檢查和維護。我們日常的檢查可通過電機的觀察窗來查看電機在運行中整流子與碳刷之間的火花,從火花的大小我們可判斷出主電機是否工作正常。直流電機運行過程中,換向器整流子與碳刷的相對運動,不可避免地造成整流子和碳刷的磨損,電機在設計時換向器的材質是金屬銅,硬度大,耐磨。碳刷的材質是石墨碳,硬度小,易磨損,屬易損件,到了一定的使用期限需更換。我公司的直流電機自2013 年初運行以來,到2015 年底,三年的時間,大多數的碳刷的磨損已到了極限,我們決定在2015 年底大修時對主電機的碳刷進行整體更換。

                1. 更換前的準備工作

                備件:電機碳刷36 只,型號為N40 61051126,碳刷是我們從ABB 公司定購。原電機碳刷型號為EG369 07586-1 KET,我們在收到備件后第一時間就發現與原型號不一致,我們與ABB 公司的技術人員進行了溝通,得到的答復是新型號的碳刷為改進型,可放心使用,而且更耐磨,使用壽命更長。輔助材料:砂紙若干、干凈布頭若干。

                工具:內六角扳手一套、M10 套筒一只、手電一只、氣泵一臺。

                人員配備:三人,一主二輔。要求維護人員熟悉直流電機維保流程,有高度的責任心,耐心細致的工作態度,還具有一定的鉗工技能。

                2. 舊碳刷的拆除

                我們在打開主電機前,首先要做好安全防護工作,關閉主控柜上控制電源鑰匙開關,并分斷整流柜(A1+O151)內的主斷路器10Q1,其次是我們現場操作人員對工具清點并登記。

                主電機碳刷總共有36 只,分為六組,具體的分布見圖1:

                我們先拆除BCEF 四組,0 點鐘A 和6 點鐘D 方向上的兩組碳刷需轉動刷架才能拆除。我們首先擰出刷架的定位螺絲,然后用內六角扳手松開六個刷架的固定螺絲,見圖2。這樣我們可以很輕松地轉動刷架,使上下兩組碳刷到易于拆卸的位置。

                3. 整流子的打磨

                我們在平時的檢查中發現,整流子在與碳刷的長期磨擦中,產生了不同程度的縱向溝槽,我們在對碳刷長度測量的結果進行比對時發現,溝槽深的磨損快,所以我們在這次更換新碳刷前對整流子進行人工打磨,以期延長碳刷的使用壽命。具體操作方法如下:

                其中一人以全手動的方法操作緊急驅動,使主電機的轉子產生旋轉運動,另外兩人分別站立電機兩側,雙手握住砂紙,緊貼于整流子表面,對其打磨。我們先用P120 粗砂紙對整流子進行粗加工,使整流子的溝槽逐漸變淺,最后消失。再用P360 的細砂紙對整流子進行拋光,整個過程大概需1 個小時。最后用干燥的壓縮空氣對打磨過程中產生的銅粉末進行清理。

                4. 新碳刷的安裝

                新換的碳刷要注意工作面的形狀,其有效接觸面積不小于碳刷截面積的75%,如不足則需在安裝前進行研磨。我們這次新購的碳刷在出廠前已經進行了研磨,我們可以直接安裝。安裝與拆除的順序相反,我們先裝上 0 點鐘方向A 組、6 點鐘方向D 組,再裝上BCEF 四組。

                安裝過程中注意事項:

                (1)我們要保證碳刷在刷盒內能均勻自由滑動,無卡阻現象,如果出現卡刷,一般為刷盒內壁粘有碳粉所致,我們用抹布清除即可。

                (2)檢查每個刷握的壓力彈簧狀態,保證碳刷受到均勻穩定的壓力,各個碳刷的壓力差不應超過平均壓力的10%。電機在運行中隨著碳刷的磨損,刷握彈簧能自動調整并維持碳刷壓力不變。

                (3)按要求擰緊每只碳刷的刷辮與刷架固定螺絲,保證其可靠的導電性能,長時間運行不會松動。并對刷辮進行塑形,使其遠離旋轉部件。安裝好全部的36 只碳刷后,我們將刷架還原到初始位置,并擰緊定位螺絲,然后用內六角扳手緊固六個刷架的固定螺絲。

                5. 試車

                試車前我們再次用氣泵對電機尾部進行一次清潔,保證所有的碳粉及打磨時落下的銅粉都清理干凈。主操人員做試車前的最后檢查,特別要注意工具、螺絲等工具材料遺留,不然一旦電機得電旋轉后,瞬間造成電機燒毀惡性事件。最后我們安裝好電機兩側帶玻璃窗的側板。閉合上主控柜上控制電源鑰匙開關和整流柜(A1+O151)內的主斷路器10Q1,復位安全回路啟動主電機風機。為安全起見,初次啟動風機運行時間較長,這樣吹出整流子死角上的碳粉和銅粉。接著我們以最低速啟動索道(本索道為0.3m/S),通過觀察窗仔細觀察火花的大小及可能出現的異常情況,如發現問題我們可及時停機處理,不會造成事故。如無異常,逐漸提高索道的運行速度1.0m/S 、2.0m/S ,每種狀態運行約10 分鐘,我們在這個調試過程中發現,隨著速度的增加,換向器上出現了微弱的火花 ,最后我們把速度加到3.0m/s 上,火花更為明顯,但沒有超過121級(允許直流電機長期運行),我們當時認為是由于整流子打磨后,新的氧化膜還沒有形成所致,在 3m/s 速度上運行了半個小時后停機 ,整個碳刷更換工程結束。

                二、碳刷不在幾何中心線的檢測與調整

                新碳刷安裝運行初期我們實行的是監控運行,速度控制在3.0m/S 以下, 并時刻不停地安排人員監控電機火花的情況, 但我們發現在索道運行了一周后, 電機整流子的氧化膜已完全形成, 但電機的換向火花并沒有減弱的趨勢,我們跟蹤發現這種火花隨著負載增大而增大,而且每只碳刷上的火花狀態都一樣,這是典型的電磁火花的特性。我們知道直流電機運行時如果電刷偏離幾何中心線,換向元件切割磁力線產生旋轉電勢,使換向火花增大。如果將電刷位置移動到幾何中心線位置,則可大大減小旋轉電勢,從而使換向狀況得到大大改善。

                具體方法如下:

                1. 電機在不工作的靜止狀態,打開電機接線盒,電樞繞組兩端接上直流毫伏表,選擇0 位在中間位置的毫伏表,以利于我們觀察指針的擺動情況,將電機的勵磁繞組的外接線拆除,串接按鈕開關和3V 直流電源(兩節1 號干電池),如圖3:

                2. 拆下電機兩側觀察窗玻璃蓋板,擰出刷架的定位螺絲,松開六個刷架的固定螺絲。

                3. 我們用點動的方法來操作按鈕,觀察毫伏表的指針擺動情況,發現刷架在出廠的位置時,毫伏表指針擺動較大,說明碳刷不在幾何中心線。我們邊操作按鈕,邊用木質錘柄輕敲刷架,直到最后毫伏表的指針完全不動,從而重新定位電機的幾何中心線,見圖4。

                4. 重新擰緊刷架的定位螺絲,緊固刷架的固定螺絲,安裝好玻璃蓋板,并恢復電機接線,做好試車準備。

                5. 調整后試車過程與碳刷更換試車過程一樣,都是由低速到高速,在各種不同運行狀態下觀察換向火花的變化情況,通過此次對幾何中心線的調整,換向火花已完全消除。

                結語:

                電機在設計和制造過程中采用的是通用方案,我們作為使用單位在維保中要根據自己設備運行的實際工況作出相應的調整,以期更好地發揮經濟效益。這就要求我們平時加強學習,弄清其工作原理;日常的維護工作中不斷摸索,創新維護方法;與索道同行多交流學習,共同提高設備管理水平,為索道安全、經濟、高效運行提供技術保障。

                參考文獻:

                [1] 九華山天臺索道電氣維護手冊

                [2] 九華山天臺索道電氣圖紙

                (來源:中國索道協會)

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