Comprendere i difetti delle spazzole
Difetti del pennello Si tratta di problemi relativi alle spazzole in carbonio o in metallo-grafite che conducono la corrente elettrica tra le parti fisse e quelle rotanti dei motori a corrente continua, dei motori a corrente alternata a rotore avvolto, dei generatori e dei gruppi ad anelli di contatto. I difetti più comuni sono l'usura delle spazzole, un posizionamento non corretto, il crepitio (rimbalzo), la formazione di scintille, la contaminazione e i problemi di tensione delle molle. Ciascuno di essi causa problemi su più fronti: elettrici (scarsa conduzione della corrente e formazione di archi elettrici), meccanici (vibrazione (a causa dei rimbalzi) e — se non si interviene per porvi rimedio — danni secondari al commutatore o agli anelli di contatto.
Le macchine a spazzole stanno gradualmente cedendo il posto ai motori a induzione in corrente alternata, ma sono ben lungi dall'essere scomparse. Gli azionamenti in corrente continua, i motori a rotore avvolto, i generatori e una vasta gamma di apparecchiature specializzate continuano a fare affidamento sulle spazzole, pertanto individuare i difetti delle spazzole rimane una parte fondamentale di diagnostica dei motori elettrici and of any guasto elettrico indagine sugli impianti rotanti.
1. Difetti comuni delle spazzole
Brush Wear
Un certo grado di usura è normale, ma può essere notevolmente accelerato:
- Usura normale: graduale perdita di materiale dovuta all'attrito — dell'ordine di 1–2 mm ogni 1000 ore.
- Usura accelerata: causati da correnti elevate, scarsa lubrificazione (assenza di una pellicola protettiva di carbonio) o contaminazione.
- Sintomi: le spazzole si sono visibilmente accorciate e stanno raggiungendo la loro lunghezza minima.
- Conseguenze: una pressione della molla insufficiente man mano che la spazzola si consuma, con conseguente scarso contatto e aumento delle scintille.
- Azione: sostituire quando è consumato fino alla lunghezza minima, in genere da un terzo a metà della lunghezza originale.
Vibrazioni della spazzola (rimbalzi)
In questo caso la spazzola perde il contatto con il commutatore a intervalli:
- Cause: pressione della molla insufficiente, commutatore irregolare, esterno vibrazione, oppure un commutatore eccentrico.
- Sintomi: Scintille visibili, ronzio o tintinnio udibili, rumore elettrico
- Vibrazione: il rimbalzo genera urti alla frequenza di passaggio delle barre del commutatore.
- Danni: accelera l'usura del commutatore e provoca danni da archi elettrici.
- Frequenza: Il crepitio della spazzola si colloca solitamente nella fascia di frequenza compresa tra 100 e 1000 Hz.
Scarso assestamento della spazzola
- Descrizione: la superficie della spazzola non si adatta alla curvatura del commutatore.
- Cause: spazzole nuove che non sono state rodate, un montaggio non corretto o un grado di durezza eccessivo delle spazzole.
- Effetto: area di contatto ridotta, elevata densità di corrente locale e riscaldamento localizzato.
- Sintomi: eccessiva formazione di scintille, punti caldi e usura rapida.
- Soluzione: una corretta procedura di rodaggio, la scelta del grado adeguato della spazzola e l'utilizzo di pietre di rodaggio.
Contaminazione
- Olio e grasso: ridurre l'attrito, impedire la formazione di una patina di carbonio e causare tracciamenti elettrici.
- Polvere: particelle abrasive che accelerano usura.
- Umidità: favorisce la corrosione e compromette il contatto elettrico.
- Accumulo di polvere di carbonio: Può creare cortocircuiti tra i segmenti o creare percorsi di tracciamento
Problemi relativi alle molle delle spazzole
- Weak springs: pressione insufficiente, contatto inadeguato e rimbalzi.
- Molle rotte: non c'è alcuna pressione, quindi la spazzola smette di fare contatto.
- Pressione errata: Se è troppo alta provoca un'usura eccessiva, se è troppo bassa provoca un contatto insufficiente.
- Corrosione: Le molle corrose perdono la loro elasticità.
Scintille e archi elettrici
- Si notano scintille all'interfaccia tra le spazzole e il commutatore.
- Tra le cause figurano il battito, un contatto difettoso, il sovraccarico e il danneggiamento del commutatore.
- Il danno è progressivo e provoca la formazione di cavità sulla superficie del commutatore.
- Nel peggiore dei casi si verifica un flashover, ovvero un arco elettrico che collega più segmenti.
2. Firme di vibrazione
Vibrazione correlata alla spazzola
- Chattering: vibrazioni ad alta frequenza nella banda 100–1000 Hz quando la spazzola rimbalza.
- Frequenza delle barre del commutatore: numero di barre del commutatore × giri/min / 60.
- Armoniche elettriche: a family of armoniche a causa degli archi elettrici e delle ripetute interruzioni di corrente.
- Rumore di banda larga: contenuto casuale ad alta frequenza generato da scintille.
- Modulazione di ampiezza: si verifica se l'eccentricità fa variare la pressione di contatto una volta per giro.
Effetti meccanici secondari
- L'attrito delle spazzole genera forze tangenziali sul commutatore.
- Un'usura irregolare delle spazzole può causare squilibriosintomi simili.
- Una pressione asimmetrica delle molle può compromettere il centraggio del rotore.
Poiché molti di questi segnali si sovrappongono, in termini di frequenza, a veri e propri guasti meccanici, i problemi alle spazzole sono una classica fonte di confusione diagnostica: è bene ricordarsi di verificare sempre la frequenza di passaggio delle barre del commutatore prima di attribuire la colpa ai cuscinetti.
3. Metodi di rilevamento
Ispezione visiva
- Brush length: misurare la lunghezza residua e sostituirla se è inferiore al minimo.
- Superficie di contatto: dovrebbe essere regolare e conforme al commutatore.
- Scintillio: controllare in un ambiente buio: è normale che si vedano delle piccole scintille, mentre un forte scintillio è un problema.
- Contaminazione: verificare la presenza di olio, polvere e accumuli di carbonio.
- Condizioni delle molle: verificare che le molle siano integre e garantiscano la tensione corretta.
Test elettrici
- Resistenza di contatto della spazzola: dovrebbe essere basso e uniforme su tutte le spazzole.
- Pressione della molla: misurare con una bilancia a molla — in genere con una pressione di contatto compresa tra 1,5 e 3,5 psi.
- Caduta di tensione: sull'interfaccia spazzola-commutatore, solitamente inferiore a 1 V per spazzola.
Metodi vibrazionali e acustici
- High-frequency accelerometro misurazioni volte a rilevare gli effetti della vibrazione.
- Emissione acustica per il rilevamento degli archi elettrici.
- Monitoraggio a ultrasuoni in caso di scariche a corona o tracciamento.
- Analisi dello spettro per isolare la frequenza della barra del commutatore.
Termografia
- Le spazzole surriscaldate indicano un contatto insufficiente o un sovraccarico.
- I punti caldi sul commutatore indicano la presenza di problemi localizzati.
- Termografia può rivelare uno squilibrio di temperatura tra i set di spazzole.
4. Misurazione delle vibrazioni delle spazzole sul campo
Quando si sospetta che un motore a spazzole presenti vibrazioni o formazione di archi elettrici, il test pratico consiste nel misurare le vibrazioni ad alta frequenza sull'alloggiamento del gruppo spazzole. Un analizzatore portatile a due canali come il Balanset-1A consente di rilevare lo spettro e verificare se l'energia corrisponde alla frequenza di passaggio della barra del commutatore o a un modello di scintillamento a banda larga. Se utilizzato insieme a un controllo visivo in un ambiente buio e a una prova di caduta di tensione, aiuta a distinguere un vero difetto delle spazzole da un problema non correlato ai cuscinetti o all'equilibratura e, una volta montate le nuove spazzole, verifica che il contenuto ad alta frequenza sia tornato ai valori di riferimento. Monitorando tali letture all'interno di un monitoraggio delle condizioni Il programma trasforma una sostituzione reattiva in una sostituzione pianificata.
5. Manutenzione e correzione
Manutenzione ordinaria della spazzola
- Frequenza delle ispezioni: mensile per le macchine critiche, trimestrale per le applicazioni generiche — una soluzione ideale per monitoraggio periodico basato sul percorso.
- Pulizia: aspirare la polvere di carbonio e pulire la superficie del commutatore.
- Verifica della lunghezza: Sostituire le spazzole quando raggiungono la lunghezza minima.
- Tensione della molla: verificare che la pressione sia corretta.
- Stato del commutatore: verificare la presenza di rigature, vaiolature e barre sporgenti.
Sostituzione della spazzola
- Utilizzare il tipo di prodotto adatto all'applicazione — consultare il produttore.
- Sostituire contemporaneamente tutte le spazzole di un set.
- Assicurarsi che siano inseriti correttamente nei supporti delle spazzole.
- Lasciare che le nuove spazzole si rodino completamente per un periodo di 24–48 ore.
- Dopo l'installazione, verificare nuovamente la pressione della molla.
Manutenzione del commutatore
- Pulire regolarmente con solventi o pietre approvati.
- Se il commutatore presenta scanalature o irregolarità, procedere alla sua tornitura.
- Intagliare la mica tra le barre nei punti indicati.
- Verificare la presenza di barre troppo alte, barre allentate e segmenti danneggiati.
6. Migliori pratiche di prevenzione
Pratiche operative
- Operare entro i limiti della corrente nominale per limitare il surriscaldamento delle spazzole.
- Evitare di avviare il motore troppo spesso: la corrente di avviamento sottopone le spazzole a sollecitazioni eccessive.
- Mantenere pulito l'ambiente per evitare la contaminazione.
- Controllare l'umidità; sia l'aria troppo secca che quella troppo umida compromettono il contatto.
Selezione e progettazione
- Specificare un grado di spazzola adeguato — morbido o duro — in base alla densità di corrente.
- Fornire un numero adeguato di spazzole per la corrente.
- Utilizzare un portaspazzole di tipo adeguato.
- Considerare alternative brushless per le nuove installazioni
I difetti delle spazzole, sebbene specifici dei motori a corrente continua e dei motori a rotore avvolto, rappresentano aspetti importanti della manutenzione che giustificano ispezioni regolari e una sostituzione tempestiva. Una chiara comprensione dei meccanismi di usura, buone pratiche di manutenzione e il riconoscimento dei sintomi diagnostici garantiscono un funzionamento affidabile dei motori a spazzole, prevenendo i danni elettrici e meccanici causati da spazzole trascurate.
