Разбиране на дефектите на четките
Дефекти на четката проблемите са свързани с въглеродните или метално-графитните четки, които провеждат електрически ток между неподвижните и въртящите се части на двигателите с постоянен ток, асинхронните двигатели с намотан ротор, генераторите и съединителните пръстени. Често срещаните дефекти са износване на четките, неправилно прилепване, трептене (отскачане), искрене, замърсяване и проблеми с напрежението на пружините. Всеки един от тях създава проблеми в повече от едно отношение: електрически (лошо пренасяне на тока и образуване на електрическа дъга), механически (вибрация (от подскачане) и — ако не се предприемат мерки — вторични повреди на комутатора или плъзгащите пръстени.
Машините с четки постепенно се изместват от асинхронни електродвигатели с променлив ток, но те все още са далеч от изчезване. Задвижванията с постоянен ток, електродвигателите с намотан ротор, генераторите и редица специализирани съоръжения все още разчитат на четки, така че откриването на дефекти в четките остава основна част от диагностика на електродвигатели и на всеки електрическа повреда проучване на въртяща се инсталация.
1. Чести дефекти при четките
Износване на четките
Някои следи от износване са нормални, но процесът може да се ускори значително:
- Нормално износване: постепенна загуба на материал в резултат на триене — от порядъка на 1–2 мм на 1000 часа.
- Ускорено износване: причинено от силен ток, недостатъчно смазване (липса на защитен въглероден слой) или замърсяване.
- Симптоми: косъмчетата са видимо по-къси и се доближават до минималната си дължина.
- Последици: слабото налягане на пружината при скъсяването на четката, което води до лош контакт и засилено искрене.
- Действие: сменете, когато се износва до минималната дължина, обикновено от една трета до половината от първоначалната.
Трептене на четката (отскачане)
Тук четката периодично губи контакт с комутатора:
- Причини: недостатъчно налягане на пружината, износен комутатор, външен вибрацияили ексцентричен комутатор.
- Симптоми: Видимо искри, чуто бръмчене или тракане, електрически шум
- Вибрация: отскачането предизвиква удари при честотата на преминаване на ламелите на комутатора.
- Повреди: ускорява износването на комутатора и води до повреди от електрическа дъга.
- Честота: шумът обикновено е в диапазона 100–1000 Hz.
Неправилно закрепване на четката
- Описание: повърхността на четката не се приляга към извивката на комутатора.
- Причини: нови четки, които все още не са „разработени“, неправилен монтаж или прекалено твърда четка.
- Ефект: намалена контактна площ, висока локална плътност на тока и концентрирано нагряване.
- Симптоми: прекомерно искрене, прегряване и бързо износване.
- Решение: правилна процедура за обкатка, подходящ избор на степен на шлифоване и поставяне на камъните
Замърсяване
- Масло и грес: намаляват триенето, предотвратяват образуването на въглероден наслояване и предизвикват електрически пробой.
- Прах: абразивни частици, които ускоряват износване.
- Влажност: ускорява корозията и нарушава електрическия контакт.
- Натрупване на въглероден прах: Може да съкращава сегментите или да създава пътища за проследяване
Проблеми с пружините на четките
- Слаби пружини: недостатъчно налягане, лош контакт и подскачане.
- Счупени пружини: налягането изчезва напълно, така че четката престава да докосва повърхността.
- Неправилно налягане: ако е твърде високо, води до прекомерно износване, а ако е твърде ниско – до лош контакт.
- Корозия: износените пружини губят еластичността си.
Искрене и образуване на електрическа дъга
- Видими искри в зоната на контакт между четката и комутатора.
- Причините включват вибриране, лош контакт, претоварване и повреда на комутатора.
- Увреждането е прогресивно и води до образуване на дупчици по повърхността на комутатора.
- В най-лошия случай това води до прескачане на искрата — дъга, която свързва няколко сегмента.
2. Характеристики на вибрациите
Вибрации, свързани с четката
- Бърборене: високочестотни вибрации в диапазона 100–1000 Hz при отскачането на четката.
- Честота на ламелите на комутатора: брой на ламелите на комутатора × обороти в минута / 60.
- Електрически хармоници: семейство от хармоници от образуването на електрическа дъга и многократното прекъсване на тока.
- Широколентов шум: случайни високочестотни съставки, генерирани при искрене.
- Амплитудна модулация: се появява, ако ексцентричността води до промяна на налягането при контакт веднъж на оборот.
Вторични механични ефекти
- Триенето на четките създава тангенциални сили върху комутатора.
- Неравномерното износване на четката може да доведе до дисбаланс-подобни симптоми.
- Асиметричното налягане на пружината може да наруши центрирането на ротора.
Тъй като някои от тези характеристики по честота се припокриват с тези на истински механични повреди, проблемите с четките са класически източник на затруднения при диагностиката — което ни напомня, че винаги трябва да се провери честотата на преминаване на тока през редовете на комутатора, преди да се обвиняват лагерите.
3. Методи за откриване
Визуална проверка
- Дължина на четките: измерете оставащата дължина и подменете, ако е по-малка от минималната.
- Контактна повърхност: тя трябва да е гладка и да е конформна спрямо комутатора.
- Искрене: Проверете в затъмнено помещение — лекото искрене е нормално, а силно искрене е проблем.
- Замърсяване: проверете за наличие на масло, прах и нагар.
- Пролетно състояние: уверете се, че пружините са в изправност и осигуряват необходимото напрежение.
Електрически тестове
- Съпротивление при контакт с четката: трябва да е ниска и еднаква за всички четки.
- Налягане на пружината: измерете с пружинен кантар — обикновено при налягане при допир от 1,5–3,5 psi.
- Спад на напрежение: през интерфейса между четките и комутатора, обикновено по-малко от 1 V на четка.
Методи за измерване на вибрациите и шума
- Високо честотен акселерометър измервания за отчитане на въздействията от вибрациите.
- Акустична емисия за откриване на електрическа дъга.
- Ултразвуково наблюдение при коронов разряд или проследяване.
- Спектрален анализ за да се изолира честотата на шините на комутатора.
Термографско изображение
- Нагряването на четките е признак за лош контакт или претоварване.
- Зачервените участъци по комутатора сочат локални проблеми.
- Термография може да разкрие температурна разлика между комплектите четки.
4. Измерване на вибрациите на четката на място
Когато има подозрение, че машина с четки вибрира или образува електрическа дъга, практичният тест се състои в измерване на високочестотните вибрации в корпуса на четковото задвижване. Преносим двуканален анализатор, като например Balanset-1A ви позволява да заснемете спектъра и да проверите дали енергията съвпада с честотата на пропускане на комутатора или с широколентова искра. Използвано заедно с визуална проверка в затъмнено помещение и тест за пад на напрежението, то помага да се разграничи истински дефект на четките от несвързан проблем с лагерите или баланса — и, след като новите четки бъдат поставени, потвърждава, че високочестотният компонент е спаднал обратно до базовото ниво. Проследяването на тези показания в рамките на мониторинг на състоянието програмата превръща неплановата подмяна в планова.
5. Поддръжка и корекция
Рутинна поддръжка на четката
- Честота на проверките: ежемесечно за критично важни машини, тримесечно за общи приложения — идеално решение за периодичен мониторинг въз основа на маршрути.
- Почистване: изсмучете въглеродния прах и почистете повърхността на комутатора.
- Проверка на дължина: сменяйте четките, веднага щом достигнат минималната дължина.
- Напрежение на пружината: проверете дали налягането е правилно.
- Състояние на комутатора: проверете за надрасквания, вдлъбнатини и изпъкнали ламели.
Смяна на четка
- Използвайте подходящия клас за конкретното приложение — обърнете се към производителя.
- Сменете всички четки от комплекта наведнъж.
- Уверете се, че четките са добре закрепени в държачите.
- Оставете новите четки да „се приспособят“ в продължение на 24–48 часа, за да се нагласят напълно.
- След монтажа проверете отново налягането на пружината.
Поддръжка на колектора
- Почиствайте редовно с одобрени разтворители или камъни.
- Обработете (на струг) комутатора, ако повърхността му се набразди или стане грапава.
- Изрежете миката между ламелите, където е указано.
- Проверете за изпъкнали ламели, разхлабени ламели и повредени секции.
6. Най-добри практики за превенция
Оперативни практики
- Работете в рамките на номиналния ток, за да ограничите загряването на четките.
- Избягвайте прекалено честото пускане — пусковият ток натоварва четките.
- Поддържайте чистотата на околната среда, за да предотвратите замърсяването.
- Контролирайте влажността; както прекалено сухият, така и прекалено влажният въздух влошават контакта.
Избор и дизайн
- Посочете подходящ клас четка — мека или твърда — за текущата плътност.
- Осигурете достатъчен брой четки за текущата мощност.
- Използвайте подходяща конструкция на държача за четката.
- Помислете за безчеткови алтернативи за нови инсталации
Дефектите в четките, макар и характерни за машините с постоянен ток и с намотка на ротора, са важни аспекти на поддръжката, които изискват редовни проверки и навременна подмяна. Ясното разбиране на механизмите на износване, добрите практики за поддръжка и разпознаването на диагностичните симптоми гарантират надеждна работа на двигателите с четки — и предотвратяват електрическите и механични повреди, които възникват в резултат на пренебрегване на състоянието на четките.
