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一、故障现象
2020年3月19日，我厂某型发动机由于贯彻后中介轴承的要求返厂检查，起动发电机完成外观检查后，在试车时出现起动故障，具体表现为：起动发电机电刷处有火花冒出，并伴有烧焦味道，测量绝缘电阻为0.1 MΩ。发生故障的电机型号为QF-12D，本次工作时间为155小时23分，总工作时间565小时36分，之前由我厂大修完毕，起动发电机性能试验和发动机试车均正常。
二、产品结构
起动发电机（见图2）是由壳体组件，电枢组件，通风管，防护带，电刷等主要零组件构成。
QF-12D起动发电机（见图2），是一个复合式附件，通过弹性轴花键与发动机双速传动装置连接，在发动机起动时，作为电动机，用来带动发动机高压转子和部分附件工作。当发动机起动完成后，它作为发电机向飞机电网输电。起动发电机是一种八级直流电机。它有四个主级和四个位于主级之间的附加极，是一种带有密封轴承的保护性电机，靠机外引入的空气来冷却。起动发电机有两个激磁绕组：分流绕组和串联绕组。在作电动机使用时两个激磁绕组都参加工作，而在发电状态时，仅分流绕组投入工作。
三、原因分析
1.换向器表面粗糙度不合格
当起动发电机修理时，换向器粗糙度不合格，在起动发电机运行时，由Q=FfvT、Ff=Fμ可知，发热量与摩擦力成正比、摩擦力与摩擦系数成正比，即发热量与摩擦系数成正比，集聚的热量无法散发出去时，温度急剧升高，电刷与换向器接触面就会产生火花。
2.换向极绕组接反
从电磁理论可知，换向元件在换向过程中，电
流的变化必然会在换向元件中产生自感电动势。此外电刷宽度通常为2-3片换向片宽，同时换向的元件就不止一个，换向元件与换向元件之间会有互感电动势产生。自感电动势和互感电动势的合成成为电抗电动势。另外电枢磁场的存在，使得处在几何中性线上的换向元件中产生一种切割电动势，成为电枢反应电动势。根据楞次定律和右手定则可知，
电抗电动势和电枢反应电动势都起着阻碍换向的作用。因此，换向元件中出现延迟换向的现象，在延迟换向时，由于附加换向电流的出现破坏了电流换向时电刷电流密度的均匀性，而使得后刷段电流密度增大，前刷电流密度减小。后刷端过大的电流密度及相应的接触电压降足以使电刷与换向片间的空气层发生游离，因此，接触电阻显著下降，会使元件在换向末期仍保持很大的附加换向电流。当电刷与换向片分离时，可视为一个储蓄电磁能量很大的电路断开情况，此能量即以电火花的形式在电刷后端放出。
（1）换向极绕组接反
从产生火花的电磁原因出发，在主磁极之间装设换向极可以有效的减小、甚至抵消换向元件中的电抗电动势和电枢反应电动势，达到减少甚至抵消火花的效果。当换向极极性相反时，由于不能和电枢反应电动势、电抗电动势抵消，反而相加，因此即使在很小负载时也将出现严重火花。
（2）电刷掉块
工艺规程规定，在起动发电机使用过程中，电刷有可能出现沿刷边轻微掉块现象，掉块总面积不应大于电刷与电机换向器的贴合面的10%。同时，单块面积不应大于（1.5×3）mm2，沿电刷高度方向不高于5mm。在起动发电机使用过程中，电刷出现掉块情况，在这种情况下，电刷和换向器接触面会经历从多到少的变化，由于换向元件延迟换向，造成换向元件离开一个支路最后瞬间尚有较大的电磁能量，电刷与换向器接触面就会产生火花。
3.起动电流过大
起动发电机地面起动时，起动电流过大导致电刷高温膨胀，从而与刷架产生挤压失去活动能力（正常情况下碳刷靠刷架弹簧固定在刷架里，并与换向器接触。随着换向器的转动，弹簧保证每一时刻碳刷都与换向器完全接触），由于换向器转动时存在一定偏摆而此时碳刷已失去活动能力不能保证每一时刻碳刷都与换向器完全接触，进而碳刷在与换向器接触面积的多与少之间转换，从而产生大量火花。
四、故障确认及排除
故障电机返回车间后，对该电机进行了检查、复装和验证，具体如下：
（1）外观检查
目视检查起动发电机外观无明显损伤。
（2）分解检查
a）打开起动发电机防护带，测量24个弹簧压力，均符合使用要求。
b）提起电刷，目视检查电刷无膨胀现象，但出现掉块和裂纹现象（见图1），掉块面积为（12×7）mm2，不符合使用要求。
c）将电枢组件从磁极内孔中提出，电枢组件良好，换向器表面氧化膜符合要求。测量换向器表面粗糙度符合使用要求。
（3）复装产品，进行验证
a）更换电刷，重新装配合格，进行综合性能试验，无故障现象出现，故障排除。
b）该起动发电机已修理合格，通过发动机试车验证。
经过上述分析、检查、复装和验证情况，最终确认电刷掉块不合格是造成本次电刷冒火花的原因。
五、预防措施及固化
根据故障原因分析，应采取以下措施有效预防此类故障再次发生：
1.为消除贴合度检查时的人为误差，保证QF-12D起动发电机换向器和电刷有足够的贴合度来传递电流，对大修发动机起动发电机应明确检查电刷磨合面不小于75%，电刷高度不得低于22mm，并严格把控，对工作時间较长的排故发动机起动发电机进行电刷检查，确保电刷工作可靠性。
2.检查电刷的磨损程度，明确电刷的更换要求。在起动发电机使用过程中，电刷有可能出现沿刷边轻微掉块现象，掉块总面积不应大于电刷与电机换向器的贴合面的10%。同时，单块面积不应大于（1.5×3）mm2，沿电刷高度方向不高于5mm，当电刷裂纹或分层时，应更换电刷，避免故障再次发生。
3.检查电刷在刷握内应能上下活动，不得有摇摆或卡住的情形。
2020年3月19日，我厂某型发动机由于贯彻后中介轴承的要求返厂检查，起动发电机完成外观检查后，在试车时出现起动故障，具体表现为：起动发电机电刷处有火花冒出，并伴有烧焦味道，测量绝缘电阻为0.1 MΩ。发生故障的电机型号为QF-12D，本次工作时间为155小时23分，总工作时间565小时36分，之前由我厂大修完毕，起动发电机性能试验和发动机试车均正常。
二、产品结构
起动发电机（见图2）是由壳体组件，电枢组件，通风管，防护带，电刷等主要零组件构成。
QF-12D起动发电机（见图2），是一个复合式附件，通过弹性轴花键与发动机双速传动装置连接，在发动机起动时，作为电动机，用来带动发动机高压转子和部分附件工作。当发动机起动完成后，它作为发电机向飞机电网输电。起动发电机是一种八级直流电机。它有四个主级和四个位于主级之间的附加极，是一种带有密封轴承的保护性电机，靠机外引入的空气来冷却。起动发电机有两个激磁绕组：分流绕组和串联绕组。在作电动机使用时两个激磁绕组都参加工作，而在发电状态时，仅分流绕组投入工作。
三、原因分析
1.换向器表面粗糙度不合格
当起动发电机修理时，换向器粗糙度不合格，在起动发电机运行时，由Q=FfvT、Ff=Fμ可知，发热量与摩擦力成正比、摩擦力与摩擦系数成正比，即发热量与摩擦系数成正比，集聚的热量无法散发出去时，温度急剧升高，电刷与换向器接触面就会产生火花。
2.换向极绕组接反
从电磁理论可知，换向元件在换向过程中，电
流的变化必然会在换向元件中产生自感电动势。此外电刷宽度通常为2-3片换向片宽，同时换向的元件就不止一个，换向元件与换向元件之间会有互感电动势产生。自感电动势和互感电动势的合成成为电抗电动势。另外电枢磁场的存在，使得处在几何中性线上的换向元件中产生一种切割电动势，成为电枢反应电动势。根据楞次定律和右手定则可知，
电抗电动势和电枢反应电动势都起着阻碍换向的作用。因此，换向元件中出现延迟换向的现象，在延迟换向时，由于附加换向电流的出现破坏了电流换向时电刷电流密度的均匀性，而使得后刷段电流密度增大，前刷电流密度减小。后刷端过大的电流密度及相应的接触电压降足以使电刷与换向片间的空气层发生游离，因此，接触电阻显著下降，会使元件在换向末期仍保持很大的附加换向电流。当电刷与换向片分离时，可视为一个储蓄电磁能量很大的电路断开情况，此能量即以电火花的形式在电刷后端放出。
（1）换向极绕组接反
从产生火花的电磁原因出发，在主磁极之间装设换向极可以有效的减小、甚至抵消换向元件中的电抗电动势和电枢反应电动势，达到减少甚至抵消火花的效果。当换向极极性相反时，由于不能和电枢反应电动势、电抗电动势抵消，反而相加，因此即使在很小负载时也将出现严重火花。
（2）电刷掉块
工艺规程规定，在起动发电机使用过程中，电刷有可能出现沿刷边轻微掉块现象，掉块总面积不应大于电刷与电机换向器的贴合面的10%。同时，单块面积不应大于（1.5×3）mm2，沿电刷高度方向不高于5mm。在起动发电机使用过程中，电刷出现掉块情况，在这种情况下，电刷和换向器接触面会经历从多到少的变化，由于换向元件延迟换向，造成换向元件离开一个支路最后瞬间尚有较大的电磁能量，电刷与换向器接触面就会产生火花。
3.起动电流过大
起动发电机地面起动时，起动电流过大导致电刷高温膨胀，从而与刷架产生挤压失去活动能力（正常情况下碳刷靠刷架弹簧固定在刷架里，并与换向器接触。随着换向器的转动，弹簧保证每一时刻碳刷都与换向器完全接触），由于换向器转动时存在一定偏摆而此时碳刷已失去活动能力不能保证每一时刻碳刷都与换向器完全接触，进而碳刷在与换向器接触面积的多与少之间转换，从而产生大量火花。
四、故障确认及排除
故障电机返回车间后，对该电机进行了检查、复装和验证，具体如下：
（1）外观检查
目视检查起动发电机外观无明显损伤。
（2）分解检查
a）打开起动发电机防护带，测量24个弹簧压力，均符合使用要求。
b）提起电刷，目视检查电刷无膨胀现象，但出现掉块和裂纹现象（见图1），掉块面积为（12×7）mm2，不符合使用要求。
c）将电枢组件从磁极内孔中提出，电枢组件良好，换向器表面氧化膜符合要求。测量换向器表面粗糙度符合使用要求。
（3）复装产品，进行验证
a）更换电刷，重新装配合格，进行综合性能试验，无故障现象出现，故障排除。
b）该起动发电机已修理合格，通过发动机试车验证。
经过上述分析、检查、复装和验证情况，最终确认电刷掉块不合格是造成本次电刷冒火花的原因。
五、预防措施及固化
根据故障原因分析，应采取以下措施有效预防此类故障再次发生：
1.为消除贴合度检查时的人为误差，保证QF-12D起动发电机换向器和电刷有足够的贴合度来传递电流，对大修发动机起动发电机应明确检查电刷磨合面不小于75%，电刷高度不得低于22mm，并严格把控，对工作時间较长的排故发动机起动发电机进行电刷检查，确保电刷工作可靠性。
2.检查电刷的磨损程度，明确电刷的更换要求。在起动发电机使用过程中，电刷有可能出现沿刷边轻微掉块现象，掉块总面积不应大于电刷与电机换向器的贴合面的10%。同时，单块面积不应大于（1.5×3）mm2，沿电刷高度方向不高于5mm，当电刷裂纹或分层时，应更换电刷，避免故障再次发生。
3.检查电刷在刷握内应能上下活动，不得有摇摆或卡住的情形。