揭秘电机火花产生的成因

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火花的产生可能由多种因素引起,如电压波动、电刷磨损、接触不良及过载运行等,这些因素都可能在电机内部引发剧烈变化,形成电弧,进而产生火花。
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电机作为现代工业和日常生活中广泛应用的动力设备,其稳定性能直接影响到机械设备的运行效率和安全。然而电机在运行时,电刷与换向器之间很容易产生火花,火花对电机的运行会带来危害,当火花的级别太大时,甚至会烧坏电机及运行设备。

 

火花的产生可能由多种因素引起,如电压波动、电刷磨损、接触不良及过载运行等,这些因素都可能在电机内部引发剧烈变化,形成电弧,进而产生火花。因此,本文将从这些角度出发,深入探讨电机产生火花的原因,并提出有效的抑制措施。

 

 

电机火花产生的原理

 

火花产生是基于电火花腐蚀原理,即在工具电极与零件互相靠近时,极间电压将在正、负极间使电介质电离而形成火花放电。

 

可以这样理解:当两个导体接近但未完全接触时,由于接触面曲率的变化,电场强度会显著增加。在强电场的作用下,空气被电离,产生大量带电离子。这些离子在电场作用下移动,形成电流。当空气中的中性粒子与带电离子相遇时,会释放能量,表现为发光和发热,众多电火花聚集形成电弧,其温度可高达8000℃,足以引起燃烧或金属熔化。

 

 

电机火花的危害

 

  1. 电力系统稳定性影响:电火花可能延长开关电器断开故障电路的时间,增加电力系统发生短路的风险。
  2. 设备损坏:火花产生的高温可以熔化或蒸发触头表面,损坏绝缘材料,对电机设备的长期稳定性和安全性构成威胁。
  3. 安全风险:在充油或其他易燃环境中,电火花可能引发火灾或爆炸,造成严重的安全事故。

 

 

电机火花产生的原因

 

1、换向器片间电压过高

 

当电机在负载或速度变化剧烈时,换向器片与电刷之间的接触可能会不稳定或发生间歇性的断开和连接。这种不稳定性导致电流在切换过程中产生电弧,从而形成火花。

 

图片来源于网络

2、电刷磨损

 

电刷是电机中重要的部件之一,负责传递电流至转子。当电刷磨损严重时,其与转子之间的接触面积减小,导致电流密度增大,引发火花。

 

3、电刷接触不良

 

换向器与电刷之间的接触不良,由于电刷磨损、换向器片表面不平整或污垢积累,导致电流分布不均,产生火花。

 

图片来源于网络

4、过载运行

 

当电机负载超出额定容量时,会导致电机转子转速下降和电流升高,易产生火花。

 

下面针对电机火花等级作进一步说明。

 

火花等级 火花特征 换向器及电刷状态 允许运行方式
1 无火花 换向器上没有黑痕
电刷边缘仅小部分有断续的几点点状火花 电刷上没有灼伤 可以连续运行
电刷边缘大部分有连续较稀的颗粒状火花 换向器上有黑痕(用汽油能擦去);电刷上有轻微灼痕 可以连续运行
2 电刷边缘全部或大部分有较密的颗粒状火花 换向器上有较严重的黑痕(用汽油擦洗也无法除去);电刷上有灼痕 在短时冲击负载及过载时允许发生
3 电刷整个边缘有强烈的舌状火花,伴有爆裂声音 换向器上有严重的黑痕和灼痕(汽油擦洗无法洗去);电刷烧焦并损坏 仅在直接启动或逆转的瞬间运行存在,但不得损坏换向器及电刷

 

从上表中可以看出,火花对电机运行造成的损坏程度,受到等级较高火花影响的电机则需要立即更换向器及电刷。

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