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commutator原理与结构以及直流电机转子commutator的修理
  2019-01-23 09:04:30 作者:SystemMaster ]
commutator是直流永磁串激电机、单相串激电机上为了能够让电机持续转动下去的一个部件,见下图。当线圈通过电流后,在磁场的作用下,通过吸引和排斥力转动,当它转到和磁铁平衡时,原来通着电的线圈对应commutator上的触片就与电刷分离开,而电刷连接到符合产生推动力的那组线圈对应的触片上,这样不停的重复下去,直流电动机就转起来了。
如果没有commutator的作用,那电机只能转不到半圈就卡死了,无法实现持续的运转。


结构上,commutator是多个成型的接触片围成圆型环,分别与转子绕组元件上的每个触头连接,外边与两个电刷接触。
commutator大多采用半塑型commutator,由塑料壳体、铜质换向片、云母片间绝缘及金属衬套组成,如下图。由于片间绝缘仍为云母片,不是全部为塑料,故称半塑commutator。小的commutator可以没有金属衬套。

换向片大多用电解铜制成,对耐磨性及表面软化温度有更高要求的commutator可采用银铜或镉铜。
换向片的侧面呈梯形,因此须用梯形铜排冲断成形,梯形铜排大多由棒料拉拔成形,通过冷拉,既保证了梯形排尺寸的—致性,并且提高了电解铜的硬度。下图中所示的换向片带有向下伸长的燕尾结构,这是为防止commutator在高速运转时换向片被离心力拉出。近年来,为了节省铜材,省去换向片伸长的燕尾部份,将换向片侧面做成凹形并轧花,以及在上部就制成钩形,这种结构在国外已用得不少,也能耐受commutator高速运转时的离心力的作用。由于换向片与线圈线头连接处的结构不同,可分成槽形commutator和钩形commutator两种。在换向片的升高部份铣槽,线圈头就嵌在此槽中,然后点焊(热压焊),漆包线的漆膜在点焊时的高温下熔化散逸,使得线头和线头以及和换向片槽壁形成良好的电气连接。


 钩形commutator在绕制转子线圈时,线圈头绕在换向片的钩子上,线圈绕制完毕,各个线头都已绕在相应的换向片钩子上了,然后在点焊时把钩子压下,使线头与commutator形成良好的电气连接,采用钩形commutator,容易使线圈线头与commutator连接的工序实行自动化,但目前大多用在换向片数少及电机功率较小的场合,主要是考虑大功率电机线圈的线径粗,缠绕困难,而换向片数多时,弯钩宽度要狭,相邻线头容易短路,因此大多用在小功率电机上。
commutator的壳体采用玻璃纤维增强的热固性塑料或电木粉,对塑料的耐热性和机械强度有较高的要求,并且要求热膨胀系效尽可能与换向片铜材接近。金属衬套的作用,是防止commutator压到转轴上时使塑料受到机械应力。
片间绝缘采用云母板或粉云母板,由于云母的耐磨性比铜强,因此必须进行拉槽,使片间的云母板低于换向片,避免耐磨的云母板凸出于换向片,影响电刷与换向片的接触,造成换向恶化,电机不能运转。
commutator最终的总体成形采用热压工艺,先将已冲制成形的换向片和云母片排列成圆柱状,套上整形模,再压入到压模中,放入称过重量的塑料;如常用的酚醛玻璃纤维塑料,合上上模,放在热压机上压制,热压温度为150~170℃,压力约为300 x105 Pa(约300kgf/cm2),按commutator厚度大小,在5~15分钟内成形,然后在130 ℃下后固化处理5小时。
另一种全塑料commutator,片间绝缘是与壳体成一体的塑料。这种commutator大多制成钩形,换向片材料用铜管加工,先在铜管两端铣出齿槽,留出要作为弯钩的齿,而将其他铣出的齿向内弯折,与铜管内壁形成30~45°角度,然后放入压模,加塑料热汗,压制成形后,下刻铣槽,一直将铜管壁铣穿,即成为完整的commutator。这种结构,目前大多用在小的commutator上,具有用料省、工艺简便等优点。为了节省铜材并更适宜于自动化生产,采用钢板料,经轧制、冲料、弯圆,然后再压塑成形。此种工艺,已在大批量生产的全塑commutator中使用。

commutator的修理
1.commutator的结构
commutator主要由云母片、换向片组成,其结构如图2—26所示。
2.commutator常见故障的检修
commutator是直流电机的重要部件。由于它的零件很多,结构复杂,所以在电机运行中易出故障。下面介绍commutator常见故障的修理。
(1)commutator片问短路
所谓commutator片问短路,就是在commutator上相邻的两换向片之间出现短路相接现象。换向片之间短路.会使得commutator表面出现较大火花;短路严重时,commutator表面会产生环火。
commutator片间短路的修理如下:
①用清槽片清理  当电枢绕组由于短路故障而烧毁时,一般用观察法即可找到故障点。为了要确定短路故障发生在绕组内部还是在换向片之间,应将与换向片相连的绕组线头脱开,然后用校验灯检验commutator片间是否短路,如在换向片表面发现短路,或火花烧灼伤痕,通常应用图2 27所示的清槽片刮掉片问短路的金属屑、电刷粉末、腐蚀性物质等,直至用校验灯检验无短路即可。并用云母粉和虫胶或云母粉、环氧树脂和聚酰胺树脂(650)混合成糊状,然后填人凹槽里,使其硬化干燥。
②清理换向片组的V形槽及V形环  如果在仔细清除外部片间杂物之后,仍不能消除片间短路。这时就得把commutator拆开,仔细清理换向片组的V形槽及V形环。在拆开commutator前,应先在commutator外圆包一层0.5~1 mm厚的弹性纸作衬垫绝缘,并在故障处做好标记,然后套上叠压模,再把commutator拆开。进一步检查换向片间、V形槽表面及V形环的故障,根据不同故障分别进行处理。
 ③更换片间云母片如用上述方法仍不能消除片间短路,则只能更换片问云母片。更换片间云母片的方法如下。
把上述拆开的换向片组放在平板上,在发生故障的换向片间做好标记,再用橡胶圈把它箍紧,然后拆除钢丝箍或无纬玻璃丝,用磨成锋口的宽锯条的一段插入故障片间,松动后抽出有故障的换向片,而且插入与故障换向片同一规格的新换向片,如图2—28所示。


换向片换好后,再用铁箍(内垫厚纸板)将换向片组箍紧。把换向片组加热到165℃士5℃,拧紧螺钉做第一次箍紧,冷却后用校验灯检查片间短路故障是否已经消除。若未消除,则应仔细寻找故障原因或重复上述工作;若已消除片间短路则进行装配。
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