การวิเคราะห์การเกิดประกายไฟในมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน

ภาพรวม

ใน มอเตอร์กระแสตรงแบบแปรงถ่าน , ประกายไฟระหว่างแปรงและสับเปลี่ยนเป็นเรื่องปกติที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มของประกายไฟเกินระดับที่ยอมรับได้ ก็อาจทำให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลง และอาจถึงขั้นเผาไหม้ตัวมอเตอร์หรืออุปกรณ์ที่เชื่อมต่อด้วย สาเหตุมีหลากหลาย เช่น ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า การสึกหรอของแปรง การสัมผัสไม่ดี และการโอเวอร์โหลด บทความนี้จะเจาะลึกสาเหตุเหล่านี้และเสนอมาตรการปราบปรามที่มีประสิทธิภาพ

ฟิสิกส์เบื้องหลังการเกิดประกายไฟของมอเตอร์

สาเหตุพื้นฐานของการเกิดประกายไฟของมอเตอร์คือการบังคับหยุดชะงักของขดลวดเหนี่ยวนำที่มีกระแสไหลผ่านขณะที่แปรงเปลี่ยนระหว่างส่วนสับเปลี่ยน พลังงานแม่เหล็กที่สะสมอยู่ในขดลวดจะปล่อยออกมาทันที ทำให้เกิดไอออนในอากาศโดยรอบและก่อตัวเป็นส่วนโค้ง

ใน a brushed DC motor, the rotor consists of multiple coil windings, with each coil's two ends connected to a pair of commutator segments. Two stationary carbon brushes press against the surface of the rotating commutator, channeling current from the external power supply into the rotor coils. As the motor rotates, each brush slides from one commutator segment to the next — a process known as commutation.

ในระหว่างการสับเปลี่ยน จะมีช่วงเวลาสั้นๆ ที่แปรงสัมผัสสองส่วนที่ติดกันพร้อมกันก่อนที่จะยกออกจากอันเดิม ทันทีที่แปรงออกจากส่วนนั้น เส้นทางปัจจุบันผ่านขดลวดที่เกี่ยวข้องจะถูกตัดขาดทางกายภาพ

คอยล์เป็นองค์ประกอบอุปนัย และความเหนี่ยวนำต้านทานการเปลี่ยนแปลงกะทันหันของกระแส กระแสโมเมนต์ถูกขัดจังหวะ ขดลวดจะสร้างแรงดันย้อนกลับสูง - back-EMF - เพื่อรักษาการไหลของกระแส แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเองนี้สามารถเข้าถึงแรงดันไฟฟ้าได้หลายสิบเท่าได้อย่างง่ายดาย

แม้ว่าแปรงจะแยกออกจากส่วนสับเปลี่ยนแล้ว แต่ช่องว่างระหว่างแปรงทั้งสองมีขนาดเล็กมาก เรียงตามไมโครเมตร ขอบของส่วนสับเปลี่ยนมักจะมีเสี้ยนขนาดเล็กมากหรือจุดที่แหลมคมที่เกิดจากการสึกหรอ ซึ่งความเข้มของสนามไฟฟ้าเข้มข้น EMF ด้านหลังสูงถูกนำไปใช้กับช่องว่างอากาศเล็กๆ นี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพียงพอ อากาศจะแตกตัว: โมเลกุลจะแตกตัวเป็นอิเล็กตรอนและไอออนบวก เกิดเป็นช่องทางนำไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะกระโดดข้ามช่องว่างแทนที่จะไหลผ่านหน้าสัมผัสโลหะ และเกิดประกายไฟขึ้น

จากสปาร์คถึงอาร์ค

หากประกายไฟยังคงมีอยู่ — เนื่องจากการสัมผัสของแปรงไม่ดี การบรรทุกหนักทำให้เกิดความล่าช้าในการสับเปลี่ยน หรือสภาวะที่คล้ายกัน ช่องว่างอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนจะลดลงจนมีความต้านทานต่ำมาก และกระแสยังคงไหลผ่านช่องพลาสมาอุณหภูมิสูงนี้ โดยคงส่วนโค้งไว้เต็ม อุณหภูมิส่วนโค้งสามารถสูงถึง 3,000°C ถึง 8,000°C ซึ่งร้อนพอที่จะกัดกร่อนพื้นผิวทองแดงของส่วนสับเปลี่ยน ทำให้เกิดรูพรุนและออกซิเดชัน ซึ่งจะช่วยเร่งการสึกหรอของแปรงไปพร้อมๆ กัน และในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย เช่น เหมืองถ่านหินหรือโรงงานเคมี อาจมีความเสี่ยงที่จะทำให้เกิดก๊าซไวไฟ

มาตรฐานการจำแนกประเภทและการอนุญาตของ Spark

ใน theory, wherever inductance, current, and mechanical interruption coexist, sparking cannot be entirely eliminated. Minor sparking, however, is permitted by standard. To systematically assess the severity of commutation sparking, China's national standard GB755-87 defines five spark grades, evaluated by spark size, brightness, density, and the degree of damage to the commutator and brushes.

จากการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมและมาตรฐานระดับชาติ เกรดทั้งห้านี้จัดอยู่ในประเภทการอนุญาตสามประเภท:

อนุญาตให้ใช้งานต่อเนื่องระยะยาว — เกิดประกายไฟที่ไม่เป็นอันตราย

เกรด 1, 1¼ และ 1½ ทั้งหมดได้รับการอนุมัติให้ใช้งานมอเตอร์ได้ต่อเนื่องและยั่งยืน

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1: ปราศจากประกายไฟตามทฤษฎี — สถานะในอุดมคติ ซึ่งบ่งบอกถึงประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนที่ดีเยี่ยม

ระดับ 1¼: มีเพียงประกายไฟแบบจุดเดียวเท่านั้น ซึ่งไม่สร้างความเสียหายใดๆ ต่อตัวสับเปลี่ยนหรือแปรง ไม่เป็นอันตรายโดยสิ้นเชิง

เกรด 1½: แม้ว่าเครื่องหมายพื้นผิวเล็กน้อยอาจปรากฏบนตัวสับเปลี่ยนและแปรง แต่สิ่งเหล่านี้จะไม่คืบหน้าไปมากกว่านี้ และไม่ก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อมอเตอร์ อนุญาตให้ดำเนินการระยะยาวได้

ได้รับอนุญาตเพียงช่วงสั้นๆ ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ — ประกายไฟที่เป็นอันตราย

ประกายไฟระดับ 2 จัดอยู่ในประเภทเป็นอันตราย พลังงานส่วนโค้งของมันมีความสำคัญเพียงพอที่จะทำให้เกิดความเสียหายจากการเผาไหม้ต่อตัวสับเปลี่ยนและแปรง ไม่ได้รับอนุญาตภายใต้โหลดพิกัดปกติ แต่อาจปรากฏโดยย่อในเงื่อนไขต่อไปนี้:

ในระหว่างเหตุการณ์กระแสเกินหรือแรงบิดเกินในช่วงเวลาสั้น ๆ เช่น การสตาร์ทมอเตอร์หรือการโหลดแรงกระแทกอย่างกะทันหัน ประกายไฟต้องไม่เกินระดับ 2

ภายใต้การทำงานเกินพิกัดสูงสุด ประกายไฟการสับเปลี่ยนจะต้องอยู่ต่ำกว่าเกรด 2 เช่นเดียวกัน

นอกเหนือจากขีดจำกัดเหล่านี้ อาจเกิดความเสียหายต่อตัวสับเปลี่ยนและแปรงที่ไม่สามารถรักษาให้หายได้

ห้ามโดยเด็ดขาดระหว่างการทำงานปกติ — ประกายไฟที่เป็นอันตราย

ประกายไฟระดับ 3 จัดว่าเป็นอันตราย โดยมีลักษณะดังนี้:

พลังงานอาร์คที่สูงมากและมีศักยภาพในการทำลายล้างอย่างรุนแรง ในกรณีที่ร้ายแรง มันจะลุกลามไปสู่เหตุการณ์ไฟวงแหวน — อากาศรอบๆ รางแปรงทั้งหมดกลายเป็นไอออนอย่างเข้มข้น และส่วนโค้งแผ่กระจายไปทั่วพื้นผิวตัวสับเปลี่ยนเต็ม ทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อมอเตอร์ทันทีหรือเกิดความล้มเหลวทั้งหมด

ตามทฤษฎีอนุญาตเฉพาะเมื่อมีการสตาร์ทหรือกลับตัวแบบออนไลน์โดยตรง และเฉพาะตัวสับเปลี่ยนและแปรงให้อยู่ในสภาพที่เหมาะสมสำหรับการบริการอย่างต่อเนื่อง

ภายใต้สภาวะการทำงานต่อเนื่องปกติทั้งหมด ห้ามมิให้เกิดประกายไฟระดับ 3 โดยเด็ดขาด

มาตรการป้องกันประกายไฟที่เป็นอันตราย

รักษาแรงดันไฟฟ้าระหว่างส่วนให้อยู่ในขอบเขตที่ปลอดภัย

รักษาแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในช่วงพิกัดของมอเตอร์ ให้ความสนใจกับการปรับขั้วสับเปลี่ยน — การนับเลี้ยวที่ไม่ถูกต้องหรือขั้วกลับด้านอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าระหว่างส่วนเพิ่มระดับที่เป็นอันตรายได้ หากเป็นไปได้ ให้ตรวจสอบขดลวดโรเตอร์เป็นระยะๆ เพื่อดูการลัดวงจรหรือวงจรเปิด โดยใช้การทดสอบความต้านทานของขดลวดกระดองและเครื่องตรวจจับการลัดวงจรเพื่อตรวจสอบว่าการกระจายแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งส่วนสับเปลี่ยนยังคงสม่ำเสมอ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าหน้าสัมผัสระหว่างแปรงถึงสับเปลี่ยนสะอาดและสม่ำเสมอ

รักษาพื้นผิวสับเปลี่ยนให้เรียบและมีศูนย์กลาง หากพื้นผิวไม่กลม เกิดรอย หรือมีชั้นออกไซด์หนาเกินไป ให้ขัดด้วยกระดาษทรายละเอียด ห้ามใช้ผ้าขัดเด็ดขาด ตรวจสอบว่าแปรงแต่ละอันมีขนาดพอดีกับที่ยึดแปรงโดยมีระยะห่างที่ถูกต้อง แปรงตรวจสอบการสึกหรออย่างใกล้ชิด: เมื่อแปรงเสื่อมสภาพ พื้นที่สัมผัสกับตัวสับเปลี่ยนจะลดลง ส่งผลให้ความหนาแน่นกระแสเพิ่มขึ้นและเกิดประกายไฟตามมา

หลีกเลี่ยงการทำงานเกินพิกัดอย่างต่อเนื่อง

การทำงานมอเตอร์เกินพิกัดโหลดเป็นเวลานานจะทำให้ความเร็วของโรเตอร์ลดลงและการดึงกระแสเพื่อไต่ขึ้น ซึ่งเป็นสภาวะที่กระตุ้นให้เกิดประกายไฟได้ง่าย ตรวจสอบการยึดติดทางกลไกหรือการติดขัดในชุดโหลดที่ขับเคลื่อนเป็นระยะๆ และตรวจดูให้แน่ใจว่าการระบายอากาศของมอเตอร์และการกระจายความร้อนยังคงเพียงพอ

บทสรุป

ประกายไฟสลับเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน แต่ด้วยการออกแบบที่เหมาะสม ส่วนประกอบที่มีคุณภาพ และการบำรุงรักษาตามปกติ ประกายไฟที่เป็นอันตรายสามารถป้องกันได้โดยสิ้นเชิง มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านของ Hongyang Motor ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยเกราะที่มีความแม่นยำ แปรงคาร์บอนคุณภาพสูง และค่าความคลาดเคลื่อนของตัวสับเปลี่ยนที่แน่นหนา ทั้งหมดนี้มุ่งเป้าไปที่การลดการเกิดประกายไฟและเพิ่มอายุการใช้งานให้สูงสุด ไม่ว่าการใช้งานของคุณต้องการการทำงานที่มีโหลดสูงอย่างต่อเนื่องหรือการควบคุมความเร็วที่แม่นยำ ทีมวิศวกรของเราก็พร้อมที่จะช่วยคุณเลือกมอเตอร์ที่เหมาะกับงาน