Понимание дефектов кистей
Дефекты щетки проблемы с угольными или металлографитовыми щетками, которые обеспечивают проведение электрического тока между неподвижными и вращающимися частями двигателей постоянного тока, двигателей переменного тока с обмоточным ротором, генераторов и узлов с контактными кольцами. К числу распространенных неисправностей относятся износ щеток, их неправильная посадка, дребезжание (подскакивание), искрение, загрязнение и проблемы с натяжением пружин. Каждая из этих неисправностей вызывает проблемы сразу по нескольким направлениям: электрические (плохая передача тока и образование дуги), механические (вибрация (из-за подскакивания), а также — если не принять меры — вторичное повреждение коммутатора или контактных колец.
Машины щеточного типа постепенно вытесняются асинхронными двигателями переменного тока, но они еще далеко не исчезли. Приводы постоянного тока, двигатели с обмоточным ротором, генераторы и целый ряд специального оборудования по-прежнему используют щетки, поэтому выявление дефектов щеток остается важнейшей частью диагностика электродвигателей and of any электрическая неисправность исследование вращающегося оборудования.
1. Распространенные дефекты кистей
Brush Wear
Некоторое изнашивание является нормальным явлением, однако оно может значительно ускориться:
- Нормальный износ: постепенная потеря материала в результате трения — порядка 1–2 мм за 1000 часов.
- Ускоренный износ: вызванные сильным током, недостаточной смазкой (отсутствием защитной углеродной пленки) или загрязнением.
- Симптомы: щетинки заметно укоротились и приближаются к своей минимальной длине.
- Последствия: Снижение усилие пружины по мере износа щетки, что приводит к ухудшению контакта и усилению искрения.
- Действие: заменять при износе до минимальной длины, как правило, от одной трети до половины первоначальной длины.
Дрожание щетки (подпрыгивание)
Здесь щетка периодически теряет контакт с коммутатором:
- Причины: недостаточное давление пружины, изношенный коммутатор, внешний вибрацияили эксцентриковый коммутатор.
- Симптомы: Видимое искрение, слышимое жужжание или дребезжание, электрические помехи
- Вибрация: Прыжки вызывают удары с частотой, соответствующей частоте прохождения тока по щупам коммутатора.
- Повреждения: ускоряет износ коммутатора и приводит к повреждениям от электрической дуги.
- Частота: Частота щебетания обычно находится в диапазоне 100–1000 Гц.
Плохое прилегание щетки
- Описание: поверхность щетки не повторяет кривизну коммутатора.
- Причины: необработанные щетки, неправильная установка или слишком жесткий тип щеток.
- Эффект: уменьшенная площадь контакта, высокая локальная плотность тока и концентрированный нагрев.
- Симптомы: чрезмерное искрение, появление горячих точек и быстрый износ.
- Решение: надлежащая процедура обкатки, правильный выбор степени наточки щетки и установка камней.
Загрязнение
- Масло и смазка: снизить трение, предотвратить образование углеродной пленки и вызвать электрическое проскакивание.
- Пыль: абразивные частицы, которые ускоряют носить.
- Влага: способствует коррозии и ухудшает электрический контакт.
- Накопление углеродной пыли: Может создавать короткие промежутки между сегментами или прокладывать траектории движения.
Проблемы с пружиной щетки
- Weak springs: недостаточное давление, плохой контакт и отскок.
- Поломка пружин: давления нет вообще, поэтому щетка перестает соприкасаться.
- Неправильное давление: Слишком высокое значение приводит к чрезмерному износу, слишком низкое — к плохому контакту.
- Коррозия: Ржавые пружины теряют свою упругость.
Искрение и образование электрической дуги
- Видные искры на стыке щетки и коммутатора.
- К причинам относятся вибрация, плохой контакт, перегрузка и повреждение коммутатора.
- Повреждение носит прогрессирующий характер и приводит к образованию язв на поверхности коммутатора.
- В худшем случае это приводит к пробою — образованию дуги, соединяющей несколько сегментов.
2. Вибрационные характеристики
Вибрация, связанная с щеткой
- Болтовня: высокочастотные колебания в диапазоне 100–1000 Гц при отскоке щетки.
- Частота щеток коммутатора: количество щеток коммутатора × число оборотов в минуту / 60.
- Электрические гармоники: семья гармоники от образования электрической дуги и многократного прерывания тока.
- Широкополосный шум: случайные высокочастотные составляющие, возникающие при искрении.
- Амплитудная модуляция: возникает, если из-за эксцентриситета давление контакта изменяется один раз за оборот.
Вторичные механические эффекты
- Трение щеток создает тангенциальные силы, действующие на коммутатор.
- Неравномерный износ щетки может привести к дисбаланс-подобные симптомы.
- Неравномерное давление пружины может нарушить центрирование ротора.
Поскольку некоторые из этих признаков по частоте совпадают с признаками реальных механических неисправностей, проблемы с щетками являются классической причиной затруднений при диагностике — это напоминание о том, что прежде чем винить подшипники, всегда следует проверить частоту прохождения тока по щупам коммутатора.
3. Методы обнаружения
Визуальный осмотр
- Brush length: измерьте оставшуюся длину и замените, если она меньше минимальной.
- Контактная поверхность: она должна быть гладкой и конформной по отношению к коммутатору.
- Искра: Проверяйте в затемнённом помещении — небольшое искрение является нормальным явлением, а сильное искрение — признаком неисправности.
- Загрязнение: проверьте, нет ли накоплений масла, пыли и нагара.
- Весеннее состояние: убедитесь, что пружины не повреждены и обеспечивают необходимое усилие.
Электрические испытания
- Сопротивление контакта щетки: должна быть низкой и одинаковой для всех кистей.
- Давление пружины: измерить с помощью пружинных весов — обычно давление прижатия составляет 1,5–3,5 фунта на квадратный дюйм.
- Падение напряжения: на границе между щеткой и коммутатором, обычно менее 1 В на одну щетку.
Методы вибрации и акустики
- High-frequency акселерометр измерения для определения последствий вибрации.
- Акустическая эмиссия для обнаружения электрической дуги.
- Ультразвуковой мониторинг для коронного разряда или пробега разряда.
- Спектральный анализ для выделения частоты шин коммутатора.
Тепловизионная съемка
- Нагрев щеток свидетельствует о плохом контакте или перегрузке.
- Нагретые участки на коммутаторе указывают на локальные неисправности.
- Термография может выявить разницу в температуре между наборами щеток.
4. Измерение вибрации щетки в полевых условиях
Если есть подозрение, что машина с щетками вибрирует или дает искрение, практическим способом проверки является измерение высокочастотной вибрации на корпусе щеткодержателя. Для этого можно использовать портативный двухканальный анализатор, такой как Балансет-1А позволяет зарегистрировать спектр и определить, соответствует ли энергия частоте полосового пропускания коммутатора или же наблюдается широкополосная картина искрения. В сочетании с визуальным осмотром в затемнённом помещении и испытанием на падение напряжения это помогает отличить реальный дефект щеток от несвязанных с ним проблем с подшипниками или балансировкой — а после установки новых щеток позволяет убедиться, что высокочастотная составляющая вернулась к исходному уровню. Отслеживание этих показаний в течение мониторинг состояния Программа превращает непреднамеренную замену в плановую.
5. Техническое обслуживание и исправление
Плановое обслуживание щеток
- Периодичность проверок: ежемесячно для критически важных систем, ежеквартально для обычных систем — идеально подходит для периодический мониторинг на основе маршрутов.
- Уборка: удалите углеродную пыль с помощью пылесоса и очистите поверхность коммутатора.
- Проверка длины: заменяйте щетки, как только их длина достигнет минимального значения.
- Натяжение пружины: убедитесь в правильном давлении.
- Состояние коммутатора: проверьте наличие царапин, вмятин и высоких выступов.
Замена щетки
- Используйте материал, подходящий для конкретного применения — проконсультируйтесь с производителем.
- Замените все щетки в наборе одновременно.
- Убедитесь, что щетки надежно закреплены в держателях.
- Прежде чем использовать новые щетки, дайте им «разработаться» в течение 24–48 часов, чтобы ворс полностью расправился.
- После установки снова проверьте натяжение пружины.
Техническое обслуживание коммутатора
- Регулярно очищайте с помощью рекомендованных растворителей или абразивных камней.
- Если на коммутаторе появились зазубрины или неровности, необходимо его отшлифовать (на станке).
- Прорежьте слюду между стержнями в указанных местах.
- Проверьте, нет ли высоко расположенных перекладин, ослабленных перекладин и поврежденных сегментов.
6. Передовой опыт в области профилактики
Правила эксплуатации
- Работайте в пределах номинального тока, чтобы ограничить нагрев щеток.
- Не допускайте слишком частых пусков — пусковой ток приводит к износу щеток.
- Следите за чистотой окружающей среды, чтобы предотвратить загрязнение.
- Следите за уровнем влажности; слишком сухой или слишком влажный воздух ухудшают качество контакта.
Выбор и проектирование
- Укажите подходящий тип щетки — мягкую или жесткую — с учетом плотности тока.
- Обеспечьте наличие достаточного количества щеток для данной силы тока.
- Используйте кистодержатель надлежащей конструкции.
- Рассмотрите бесщеточные альтернативы для новых установок.
Неисправности щеток, хотя и характерны исключительно для двигателей постоянного тока и машин с обмоточным ротором, являются важными аспектами технического обслуживания, которые требуют регулярного осмотра и своевременной замены. Четкое понимание механизмов износа, правильные методы технического обслуживания и умение распознавать диагностические признаки позволяют обеспечить надежную работу щеточных двигателей, а также предотвратить электрические и механические повреждения, возникающие в результате ненадлежащего ухода за щетками.
