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[串激电机] 大家有时间可以讨论一下串激电机寿命的影响因素

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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2016-6-4 16:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一直以来有刷电机的寿命就是个大问题,但是很少有人对这个问题做过总结,因为影响的因素太多了,我想在此开个帖子,希望大家踊跃发言。就有刷串激电机的寿命多讨论一下。
我们从以下几个方向来讨论:
1、材料,主要是碳刷和换向器的材料对寿命的影响。
2、工艺,主要考虑平衡、车削、点焊、烤漆等问题产生的震动、火花大、跳动大等问题对寿命的影响。
3、设计,设计中碳刷与换向器的接触、弹簧弹力、各部分的间隙配合等问题对寿命的影响。
4、测试方法,测试过程中负载类型、负载变化方式、散热条件等问题对寿命的影响。
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[LV.2]偶尔看看I

 楼主| 发表于 2016-6-4 17:12 | 显示全部楼层
自己先占个沙发。
先说第一个问题:
关于材料,先看看碳刷吧,碳刷从材质上来说,有天然石墨、人造树脂、电化石墨还有就是金属石墨类,不过金属石墨一般不适合高压的(60V以上基本不适用),天然石墨因为太软,一般也不用于串激电机。所以我们只讲人造树脂碳刷和电化石墨碳刷。
接着说碳刷的工艺(虽然有点废话,可是对选取碳刷很重要),第一类就是模压碳刷,用模具压制成型,然后去烧结,一般在压制过程中就种好刷辫,因铜刷辫的氧化温度比较低,所以这种碳刷在有保护气体的环境下一般也就是300度左右的样子进行烘烤。第二类就是电化石墨碳刷,这类碳刷,必须在高温炉里经1000多度的温度烘烤,有时可能要烤几天,过程中通直流电,最后成型都是要通过机械加工的方式成型,最后种刷辫。(所以别指望模压的碳刷是电化石墨的了,我经常见到有供应商拿着模压的料充当电化石墨。为啥要分清这个,后面再说)
其次,说说两种东西的区别。碳刷的基本成分是:碳粉、灰分、磨料、润滑剂、粘结剂。说到两种碳刷的区别的时候必须得知道碳刷的成分,工艺的区别里最大的是温度,模压的碳刷因为烘烤温度才300度左右,所以会造成碳刷里的部分粘结剂无法碳化。粘结剂是什么,都是些有机物。曾有个做碳刷的问我高温的绝缘漆哪里有,说是用来做碳刷用,用来做粘结剂。粘结剂的碳化温度一般最大在380度左右,原因就是c=c键要断开的温度基本就在这里。正因为如此,模压碳刷必然有残留的未完全碳化的粘结剂。在某些情况下,这样的残留对电机的寿命有好处,这里粘结剂会有润滑的作用、提高电阻率的作用。但是在某些情况下,由于有机物有较高的吸水性,会造成碳粉粘结在换向器槽里,造成短路,降低碳刷的寿命。所以电机在干燥环境中工作可以采用模压碳刷,若是在潮湿环境下工作,最好采用电化石墨类的碳刷或其他方式的切割碳刷(也有些碳刷烘烤温度一般都在500~900度以内,但是标准里对这类碳刷好像没有专门的归类,所以我也不知道怎么叫它们了)
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[LV.7]常住居民III

发表于 2016-6-4 19:44 | 显示全部楼层
说的非常好,赞一个!
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[LV.2]偶尔看看I

 楼主| 发表于 2016-6-7 14:02 | 显示全部楼层
直接打击我的积极性啊,没人理啊。
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[LV.2]偶尔看看I

 楼主| 发表于 2016-6-7 14:46 | 显示全部楼层
说说换向器吧
还是先说说换向器的材质问题。一般我们用的比较多的换向器材料都是紫铜和银铜。通常换向器厂家都是用银铜合金(实际来说很多厂家都是在铜材厂自己定制铜杆)。所以至于你用的换向器铜材是否真是标准铜,那就不知道了(特别是前几年铜材价格猛涨的时候,冒出N多铜材厂家,许多都是回收废铜熔融后成型在出售的)。不管那么多,还是按标准来说吧。紫铜也就是常说的无氧铜、纯铜,细致来说还有点区别。导电用铜,一般按纯铜,无氧铜,银铜(还有个事磷脱氧铜咱们就不说了,具体细节的成分区别,大家自己翻书吧)。纯铜一般T3杂质含量高点,占0.3%。T1》99.95%,T2》99.9%。银铜,一般按含银量的万分之几来叫,比如3银铜,5银铜,8银铜,10银铜,(8银铜),(20银铜),28银铜,(30银铜),50银铜,55银铜(括号里的是我印象中的含银量,括号外的是标准里规定的,实际上来说,30以上的我就没见过了)。还有一些其他的材质,比如锆铜、铬铜、镉铜甚至一些贵金属合金比如金、钯、铑等等合金(这些基本我没用过,不知道是否航空电机才用)。这些材质都是用在一些特殊场合,一般电机很少用到。本身这些材质有自身的优点和缺点(这个就不说了,有时间大家可以自己翻书去)。
还是主要说说紫铜和银铜吧。
第一为什么用银铜?作为导电的换向器,不仅仅是导电就行,还要保持一定的寿命。无可厚非,纯铜导电性很好,但是纯铜的灭弧性能很差,容易被电腐蚀。这时候就需要银来了,目前我所知道的金属里,银和镉是比较好的灭弧材料(所以rosh里某些地方对镉做了豁免,主要就是一些触头材料有用镉做灭弧用)。同时银也增加了换向器的硬度,增加了耐磨性。同时银还有提高换向器使用温度的作用。举个例子:20银铜的换向器与紫铜的比,紫铜的能用的温度基本上就是120度为极限了,但是银铜的可以到140度左右,硬度紫铜估计就在80度(肖氏硬度),银铜的能做到90~120(肖氏硬度,具体硬度值和厂家采用的工艺有关---最大的问题就是挤压拉拔工艺)。银铜还能提高电机的寿命,具体能提高多少,这个得看实际情况了,反正是能提高。
第二银铜那么好干吗还用紫铜?银铜也有自己的缺点,第一贵(这个好理解,毕竟银贵);第二加工不好做,拉拔的时候是否好做我就不知道了,正常理解,拉拔的时候由于冷作硬化的作用,银铜的表面硬度是增大了很多,按说拉拔模具、设备都应该有所提高(这是纯瞎猜)。但是车削难度增大这是个头大的问题。通常我们车削的时候会说紫铜的好车,材质“硬”,银铜的“软”,铜须不容易断(虽然这是反话,但是实际感受是这样),所以一些要求噪音高的电机我们还是采用紫铜来做,比如按摩器的电机一般我们用紫铜多。
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该用户从未签到

发表于 2016-6-15 16:50 | 显示全部楼层
学习了,谢谢,串激电机的寿命主要取决于碳刷吗?总感觉电机都是碳刷磨光后,停止工作的
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发表于 2016-6-15 20:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 cne53102 于 2016-6-15 20:23 编辑

应该对碳刷做个限位,碳刷耗尽后后面的弹簧绞入换向器会报废的

过热烧毁的多是质量不太好的或者疑似设计不合理的串激电机,很多优秀产品的温度其实很低

换向器车削后应磨一下表面,车削的刀痕是螺旋形的(无论车的多好都会有这个问题),像螺杆一样会刮碳刷表面,这对碳刷的寿命不利,磨的话没有轴向进给,加工痕迹全是圆圈(轴类零件上接触油封的地方就有这样的要求)

外行,仅供参考

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发表于 2016-7-9 14:44 | 显示全部楼层
个人认为;影响电机寿命的因素还有外壳的风路
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发表于 2016-8-4 11:33 | 显示全部楼层

1、碳刷和换向器的匹配很重要,配合不好碳刷很快磨光,换向器磨穿。
2、碳刷弹簧压力有一定影响;
3、换向火花太大,烧蚀弹簧或塑料刷盒;
4、碳粉堆积短路,换向器片间短路也容易烧电机;
5、转子动平衡不好,通风散热不好,温升太高等;

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[LV.6]常住居民II

发表于 2016-8-27 23:18 | 显示全部楼层
串激电机失效的形式基本两种:1.烧机 (剖开碳刷换向器导致的)2.碳刷或者换向器磨完
1.烧机:
这个基本是设计时的温升设计要求与实际操作或者测试方法不匹配
2.碳刷和换向器的寿命:
这个跟碳刷和换向器的材料当然有很大的关系,除了这些还跟碳刷设计的电流密度、碳刷压力、电机转速、工作电流、电机安匝比设计等密切相关

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发表于 2016-9-24 13:52 | 显示全部楼层
其实按要求设计的电机是符合设计寿命的,串励电机有它的特殊性空载转速高,容易堵转。如果丛整机上来解决的话反而方便一点,让它高不起来,堵转过流保护。寿命要长几倍吧。

点评

按说所有的电机都有可能在工作的时候遇到串激电机一样的“堵转”,其实这种所谓“堵转”被看做启动更合适,带载启动,需要经历0转速的阶段,这时候差不多就是堵转了,这时候是不能限流的,限流的意思是电机就没法顺  详情 回复 发表于 2016-9-24 15:10

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[LV.2]偶尔看看I

 楼主| 发表于 2016-9-24 15:10 | 显示全部楼层
zgbzzl 发表于 2016-9-24 13:52
其实按要求设计的电机是符合设计寿命的,串励电机有它的特殊性空载转速高,容易堵转。如果丛整机上来解决的 ...

按说所有的电机都有可能在工作的时候遇到串激电机一样的“堵转”,其实这种所谓“堵转”被看做启动更合适,带载启动,需要经历0转速的阶段,这时候差不多就是堵转了,这时候是不能限流的,限流的意思是电机就没法顺利启动了。
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发表于 2016-10-7 13:31 | 显示全部楼层
为什么不看一下启动是流呢(用指针式表比较直观),设计时堵转转矩倍数一般要求7-8倍,也有大得多的,我做过理论值达到10多倍的(要求快速响应,工作区特性比较硬,转子并接电阻),市场差的只有3倍不容易烧电机,但是电机也没什么用了,用户都想堵转转矩大=工作区间大。
按说所有的电机都有可能在工作的时候遇到串激电机一样的“堵转”,其实这种所谓“堵转”被看做启动更合适,带载启动,需要经历0转速的阶段,这时候差不多就是堵转了,这时候是不能限流的,限流的意思是电机就没法顺利启动了。串励电机的本意是低载时的高转速特性,过载能力强。带载启动以惯矩为主。

点评

正常来说串激电机一般不做那么高的转矩倍数,3~5倍就行了,真有7/8倍或者10几倍的情况也不好说,比如额定设低点,那启动倍数也就高了。通常我个人认为串激电机的额定点设定在最大空载转速的0.6左右速度比较合适(一  详情 回复 发表于 2016-10-8 09:02

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 楼主| 发表于 2016-10-8 09:02 | 显示全部楼层
zgbzzl 发表于 2016-10-7 13:31
为什么不看一下启动是流呢(用指针式表比较直观),设计时堵转转矩倍数一般要求7-8倍,也有大得多的,我做 ...

正常来说串激电机一般不做那么高的转矩倍数,3~5倍就行了,真有7/8倍或者10几倍的情况也不好说,比如额定设低点,那启动倍数也就高了。通常我个人认为串激电机的额定点设定在最大空载转速的0.6左右速度比较合适(一定要在最大效率点之前,最好在最大效率的0.8倍左右),当然实际使用并不一定遵循这个结论。你所说的转子并电阻的方式这还没见过,我怎么觉得这种方式会特性变软呢?
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发表于 2016-10-11 09:07 | 显示全部楼层
转子并电阻在电力牵引上比较多见,电机功率比较大,不可在无载条件下运行,     励磁磁场加大,小负载区域转速下降,大负载区域转速升高。12年有做过两款电机(6.5KW和6.1KW)还在德国做台架寿命试验,4年了还在做。   3倍转矩无火花,设计制造试验要求是3倍转矩电压升高至电机转速等于额定转速保持15秒,电机 温升不得超过绝缘等级温升(105K F级)

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发表于 2016-10-11 09:42 | 显示全部楼层
楼主你要讨论的串励电机是小功率交流串励电机吧,应用场合是针对电动工具或家用小电器这一类型的电机。
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发表于 2016-10-11 10:59 | 显示全部楼层
设计方面:
      1  用高硅冷轧板---针对高频;     
      2 风叶尽量用内风叶有风罩;
      3 温升最高按B级材料可能会用F级,
      4 换向器用铜要有机械强度要求,太软的不用(无氧铜);
      5 电刷材料牌号没什么特殊基本都差不多只几种
      6 气隙磁场偏高一点,齿磁场接近饱和点,偏心气隙,适当削角。
      7 滤波网络一定要加;
      8 轴承尽量用滚珠轴承,并且是接触型防尘盖;
      9 气隙同心度0.05;
     10 工作点最高效率点前1/1.2=0.83处,堵转转矩按客户要求1.2倍;
     11 轴向间隙   空载时风压产生的压力与工作时的轴向压相反不可相同;
      

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发表于 2016-10-11 11:33 | 显示全部楼层
选材方面;我只举个例子   电刷       牌号相同有很多生产单位
          碳粉的粒度   碳粉的颗粒一定要细
          强度要高      碳粉不易脱落
          硬度适中
          电阻率要根据工作区间选取
          灰份要小   做试验1个字烧
          要会用一种最简单的试验主法:标准80克A4纸 ,电刷棱边线45度/45度平划,直划,力道均匀稳定,根据划出的痕迹颜色的深浅变化,是否有粉沫等来判定电刷的好坏。
         要有少量石墨  ---润滑剂
         

点评

选材方面;我只举个例子 电刷 牌号相同有很多生产单位 碳粉的粒度 碳粉的颗粒一定要细 强度要高 碳粉不易脱落 硬度适中 电阻率要根据工作区间选取  详情 回复 发表于 2016-10-12 08:40

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 楼主| 发表于 2016-10-12 08:40 | 显示全部楼层
zgbzzl 发表于 2016-10-11 11:33
选材方面;我只举个例子   电刷       牌号相同有很多生产单位
          碳粉的粒度   碳粉的颗粒一定要 ...

选材方面;我只举个例子   电刷       牌号相同有很多生产单位
          碳粉的粒度   碳粉的颗粒一定要细
          强度要高      碳粉不易脱落
          硬度适中
          电阻率要根据工作区间选取
          灰份要小   做试验1个字烧
          要会用一种最简单的试验主法:标准80克A4纸 ,电刷棱边线45度/45度平划,直划,力道均匀稳定,根据划出的痕迹颜色的深浅变化,是否有粉沫等来判定电刷的好坏。
         要有少量石墨  ---润滑剂
         



方法很新颖,不过实际来说,你这种方法只能针对某个固定产品,不能对所有产品都采用同一种方法。碳刷本身有电阻率,抗折强度,硬度,孔隙度等等这些物理参数,这些物理参数之间又有相互联系,又相互制约,比如孔隙度,既影响硬度又影响抗折强度又起着给碳刷供氧的作用,有时候还会为浸渍剂提供空间,这一参数大好还是小好?不好说。另外配方里的碳粉、粘结剂、灰分等也都有各自的作用,不能单独说某个东西多了就好,而且不同牌号碳刷这些东西的配比也不一样(原材料不一样这更是不用说的)。这么多的因素叠加一下,碳刷就显得不可捉摸了。
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[LV.5]常住居民I

发表于 2017-6-4 22:56 | 显示全部楼层
设计方面的话,在制品结构强度满足的前提下,
首先应该还是考虑转定子本身圈数的怎么去合理设计;
比如,安匝比的设定,进角度的大小,转子大小圈的设定等(会影响到换向火花大小的因素)。

另外,影响到换向火花大小的还有,
换向器的大小,碳刷的尺寸(决定换向周期);
换向器的片数
铁芯冲片的槽数,槽形
等等
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