刘小明，刘振兴（武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，武汉430081）

摘要：本文对直流电动机主要故障表现特征进行总结，对相关的主要故障检测和诊断方法进行介绍和评述，提出直流电动机故障诊断的发展方向。

关键词：直流电动机；故障检测；故障诊断；专家系统

中图分类号：TM381; TM307+．1    文献标志码：A    文章编号：1001-6848( 2010) 01-0086-05

            

0引  言

  直流电动机具有调速特性好、能承受频繁冲击负载、过载能力强、能实现频繁快速起动制动以及逆向旋转等优越性，使其在当前“以交代直”的发展趋势中仍然在传动领域，尤其是在调速性能要求很高的重要系统中占有极其重要的地位。现代工业生产设备的大型化，生产工艺连续化、高速化使得直流电动机等重要设备故障引起的停工停产损失极大增加，维修费用大幅度上升。因此，从维持系统稳定、减少事故、降低成本等方面出发，十分有必要对直流电动机进行故障检测和故障诊断。本文将在总结国内外学者在直流电动机故障检测和故障诊断方面的研究成果的基础上，对此作一个比较全面的介绍。

  刷火异常是综合反映电动机各种故障的先兆，明亮、暴鸣状、火球状或飞溅状刷火明显标志了换向不良。刷火异常通常由电磁原因、机械原因、负载原因，环境原因等造成。

    电刷工作面出现雾状的轻微烧痕、过热、磨损过快、磨损不均、振动、噪声大，甚至碎裂、掉边缺角等，都说明了电机换向存在故障。造成电刷故障的原因是电刷压力过大、接触电阻过大、换向器偏心、电机火花过大、环境温度过高过低、粉尘过多等。

    常见的换向器表面故障有隔片烧伤、相隔一个极距烧伤、局部区域烧痕、换向片沿圆周不均匀烧黑等。诱发换向器故障的主要原因有升高片有开焊、刷粉将换向片局部短路、换向器表面不圆、产生刷火、电刷电流分布不均、电机定子中心不对、转子不平衡等。

    电枢常有接地和短路故障。电枢短路故障包含换向片间短路和电枢绕组匝间、层间短路。换向片间短路更常见。换向片间短路的原因有换向器云母沟内或升高片根底有大量导电杂质、电刷灰等使片间短路；V形云母环3度面缝隙内进入导电粉尘。电枢绕组匝间或层间短路原因主要有电枢绕组绝缘长期过热老化；绕组遭受潮气、酸类侵蚀；槽内线圈松动、线圈绝缘遭受机械损伤等。

    绕线断裂、开焊等故障也时有发生，主要征兆有振动大、噪声大、电枢电流波动大。其原因有负载过大、电流过大、机体材料缺陷等。

    定子绕组常见故障有绝缘电阻降低、匝间短路、断路、接地以及绕组连接极性接反。定子励磁绕组绝缘电阻降低的原因有绝缘表面有污垢和碳粉、绝缘受潮、绝缘老化。励磁绕组匝间短路较多时，电机会产生振动、绕组发热或冒烟、励磁电流剧增、绝缘有被烧焦的痕迹。故障原因有线圈绝缘表面积满灰尘和油污、制造或重绕修理时造成S弯处匝间短路、搬运检修时造成的机械损伤。励磁绕组接地是由于线圈对铁心松动、对地绝缘遭到磨损。电机起动困难、转矩降低，甚至不能起动的原因是励磁绕组接反或断路。

    补偿绕组和换向极绕组常见故障是匝间短路和对地击穿。

  元件开路、元件脱焊和匝间短路等故障发生时，电机的电枢电流（包括启动电流和稳态电流）会有较大的变化。电枢绕组中的一个元件开路，当其他电磁参数未发生改变时，导致电枢并联支路数的减少，引起电枢电阻增大，必然使平均电枢电流减小，电机转速下降，电流的脉动频率减小。电枢绕组线圈短路后与正常情况相比，电枢电流比正常状态下增大了，起动过程的电枢电流的下降速率降低^[2-7]

    永磁直流电动机的电枢电沆的瞬态响应为：

式中，U为电源电压，i_a为电枢电流，R_a为