牽引電動機火花防治蔣瑋琪

1、題目題目：牽引電動機火花防治牽引電動機火花防治摘摘 要要牽引電動機作為電力機車主要電氣設(shè)備之一，其質(zhì)量的好壞對機車整體質(zhì)量起著至關(guān)重要的影響。雖然近年來，在制造廠家與各科研部門的共同努力下，牽引電動機基礎(chǔ)質(zhì)量得以不斷提高。但牽引電動機在某些惡劣條件下運行時，在換向器表面正、負電刷之間可能出現(xiàn)強烈的環(huán)行電弧而發(fā)生短路，同時伴有閃光與巨響產(chǎn)生火花，這種現(xiàn)象稱為環(huán)火。環(huán)火不僅嚴重影響列車安全正常運行，而且每年給鐵路運輸造成巨大經(jīng)濟損失。本文在參考了大量國內(nèi)外的研究文獻資料和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，針對牽引電動機環(huán)火的故障進行了分析，討論了產(chǎn)生環(huán)火故障的原因，指出在運用、保養(yǎng)、檢修中存在的問題，并提出預(yù)防措施

2、。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 牽引電機；環(huán)火；電刷；故障；火花防治目目 錄錄摘摘 要要.2引引 言言.4一一 牽引電機環(huán)火的危害牽引電機環(huán)火的危害.51.1 牽引電機概述 .61.2 環(huán)火的定義 .81.3 環(huán)火的危害 .101.4 當(dāng)前的國內(nèi)對牽引電機環(huán)火的研究現(xiàn)狀 .10二二 牽引電機環(huán)火的原因分析牽引電機環(huán)火的原因分析.132.1 環(huán)火產(chǎn)生原因具體分析.13二、火花發(fā)展成環(huán)火的原因二、火花發(fā)展成環(huán)火的原因.141)原始火花發(fā)展成環(huán)火.142)電位火花發(fā)展成環(huán)火.142.2 環(huán)火產(chǎn)生的具體案例分析.15三牽引電機環(huán)火的防護措施分析三牽引電機環(huán)火的防護措施分析.183.1 減少原始火花或化學(xué)火花.183

3、.2 減少電樞電流 .193.3 改善電位特性或減小片間電壓 .20結(jié)束語結(jié)束語.21參考文獻參考文獻.22引 言1821 年英國科學(xué)家法拉第首先證明可以把電力轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動并最先制成了電動機。牽引電動機是在機車或動車上用于驅(qū)動一根或幾根動輪軸的電動機。牽引電動機有多種類型，如直流牽引電動機、交流異步牽引電動機和交流同步牽引電動機等。直流牽引電動機，尤其是直流串勵電動機有較好調(diào)速性能和工作特性，適應(yīng)機車牽引特性的需要，獲得廣泛應(yīng)用。牽引電動機的工作原理與一般直流電動機相同，但有特殊的工作條件：空間尺寸受到軌距和動輪直徑的限制；在機車運行通過軌縫和道岔時要承受相當(dāng)大的沖擊振動；大、小齒輪嚙合不良

4、時電樞上會產(chǎn)生強烈的扭轉(zhuǎn)振動；在惡劣環(huán)境中運用,雨、雪、灰沙容易侵入等。環(huán)火是指沿電機換向器表面正、負電刷間形成的一股強烈的環(huán)行短路電弧，同時伴有強烈的電弧閃光和巨響。這種現(xiàn)象俗稱“放炮” 。環(huán)火發(fā)生時，電機內(nèi)部電樞元件和換向片被電弧短路，繞組內(nèi)流過很大的短路電流，這會燒傷換向器表面和電刷，甚至造成電樞繞組燒毀，定子主、附極繞組因空氣被電弧電離，易發(fā)生接地及短路，也會受到不同程度的損害，電機環(huán)火一般會造成電機落修，由此可見，環(huán)火是牽引電機最嚴重的故障之一。環(huán)火故障不僅嚴重影響檢修停時，浪費大量人力物力，而且增加材料消耗，加大了工人勞動強度。因此，分析故障產(chǎn)生的原因，探求行之有效的防治措施勢在必

5、行。一 牽引電機環(huán)火的危害1.11.1 牽引電機概述牽引電機概述牽引電動機是電力機車的重要部件之一，它安裝在轉(zhuǎn)向架上，通過傳動裝置與輪對相連。車在牽引狀態(tài)運行時，牽引電動機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，通過輪對與鋼軌產(chǎn)生牽引力，并對輪對驅(qū)動機車運行。當(dāng)機車在電制動狀態(tài)下運行時，牽引電動機轉(zhuǎn)換成發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能，通過輪對與鋼軌產(chǎn)生制動力。牽引電動機的工作條件十分惡劣，主要表現(xiàn)在：1) 工作環(huán)境惡劣2) 負載變化頻繁3) 空間限制4) 動力作用大脈流牽引電動機的結(jié)構(gòu)與普通直流電機基本相同，主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子的作用是產(chǎn)生磁場、提供磁路和作為牽引電動機的機械支撐，由機座、主磁

6、極、換向極、端蓋和軸承等部件組成；轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組和換向器等部件組成。轉(zhuǎn)子又成為電樞，通過電樞軸承與定于保持相對位置，使兩者之間有一個間隙，稱為空氣院。此外，脈流牽引電動機還有一套電刷裝置，電刷和換向器接觸，以實現(xiàn)電樞電路與外電路的連接。脈流牽引電動機由于發(fā)熱嚴重，換向困難，所以它的某些部件具有特殊的結(jié)構(gòu)型式。圖 2 所示為電力機車采用的脈流牽引電動機的縱、橫剖面示意圖。圖 2 牽引電動機結(jié)構(gòu)示意圖（a）縱剖面圖;（b）橫剖面圖.1-電樞；2-油杯；3-刷架圈定位裝置；4-油管夾；5-前端蓋蓋板；6-排油管；7-前端蓋；8-軸承；

7、9-前端軸承蓋；10-前端外蓋；11-封環(huán)；12-電樞支架；13-螺栓；14-彈簧墊圈；15-螺栓；16-彈性墊圈；17-螺栓；18-刷架裝置；19-螺栓；20-彈簧墊圈；21-定子裝配；22-后端蓋網(wǎng)孔蓋板；23-預(yù)成型后支架絕緣；24-后端蓋；25-電樞支架；26-后端內(nèi)軸承蓋；27-封環(huán)；28-擋板；29-螺栓；30-止動墊圈；31-后端軸承蓋；32-上抱軸瓦；33-下抱軸瓦；34-上觀察孔蓋；35-刷握裝置；36-補償繞組；37-軸；38-開口銷；39-主極一體化裝配；40-出線盒；41-接線板；42-絕緣板；43-螺栓；44-彈簧墊圈；45-油箱；46-鍵；47-換向極一體化裝配；4

8、8-下觀察孔蓋；49-吊桿座；A-F 級填充泥或硅橡膠密封膠。脈流牽引電動機的換向器端裝有電刷裝置將電樞繞組與外電路連接起來。電刷裝置由電刷、刷握、刷握架、刷桿和刷架圈等組成，電刷裝置的結(jié)構(gòu)和電刷的性能對牽引電動機換向性能影響很大，為了保證良好的換向效果，電刷裝置應(yīng)滿足以下要求：(1)電刷應(yīng)有良好的集流性能和換向能力。(2)刷握在換向器軸向、徑向和切線方向位置都能調(diào)節(jié)。軸向調(diào)節(jié)是為了保證電刷處在換向器中央部位；徑向調(diào)節(jié)是為了保證刷盒底面與換向器表面的距離；圓周方向調(diào)節(jié)是為了保證電刷準確地處在主極中心線上。(3)電刷和換向器工作表面應(yīng)保持緊密和可靠的接觸，電刷壓力穩(wěn)定并保持均勻不變。(4)電刷裝

9、置應(yīng)具有較高的機械強度，并能承受振動和沖擊。(5)刷桿等絕緣零件應(yīng)有較高的介電強度，不因受潮、受污而造成閃絡(luò)或飛弧故障。1.21.2 環(huán)火的定義環(huán)火的定義牽引電動機(以下簡稱電動機)在某些惡劣條件下運行時，在換向器表面正、負電刷之間可能出現(xiàn)強烈的環(huán)行電弧而發(fā)生短路，同時伴有閃光與巨響，這種現(xiàn)象稱為環(huán)火(俗稱“放炮”)。直流電機運行過程中，電刷下往往有火花產(chǎn)生，火花產(chǎn)生的原因十分復(fù)雜，它除了與換向過程中的元件電流變化有直接關(guān)系外，還與機械方面，使用維護狀態(tài)、電刷材質(zhì)性能以及外界環(huán)境條件有很大關(guān)系。電刷下的火花是有害的，但同時也是無法避免的，少量微弱的火花危害不大，是允許的，根據(jù)直流電動機技術(shù)標準

10、中把火花分為五個等級，并規(guī)定電機正常運行時火花不應(yīng)超過 2 級，火花等級如下表所示。當(dāng)火花強烈時，即俗稱“環(huán)火” 。環(huán)火對換向器、電刷危害很大，嚴重時甚至?xí)龤щ娝⒓皳Q向器表面，使電機不能運行。表 1 火花等級火花等級電刷下火花程度換向器及電刷的狀態(tài)1無火花2電刷邊緣僅小部分有微弱的火花，或有微弱放電性小火花換向器上沒有黑痕，電刷上沒有灼傷3電刷邊緣全部或大部分有較強烈的火花換向器上有黑痕出現(xiàn)，用汽油擦不去，同時電刷上有灼痕，如短時間出現(xiàn)這一級火花，換向器上不會出現(xiàn)灼痕，電刷也不會灼焦或損壞4電刷整個邊緣有強烈的火花，同時有火花飛出換向器上的黑痕相當(dāng)嚴重，用汽油擦不去，同時電刷上有灼痕，如果在

11、這一等級下運行，換向器上將出現(xiàn)灼痕，同時電刷也被灼焦或損壞1.31.3 環(huán)火的危害環(huán)火的危害強烈的電弧不僅會灼傷換向器表面和電刷，對電機具有很大的破壞性，而且可能造成以下危害：1)電弧由換向器表面飛向器前壓圈、轉(zhuǎn)軸、刷架圈、磁極鐵心或機座，造成電動機接地；2)環(huán)火時電動機由電動機工況轉(zhuǎn)為發(fā)電機工況運行，電流經(jīng)電弧直接流入勵磁繞組，使勵磁電流迅速增大，反電動勢猛增，從而在電樞繞組中產(chǎn)生巨大的反向短路電流，不僅可能將電樞繞組燒斷，造成“掃膛” ，還會產(chǎn)生巨大的制動轉(zhuǎn)矩，對機車產(chǎn)生制動作用，影響列車的正常運行。列車的巨大慣性還會造成動輪踏面和鋼軌的嚴重擦傷。環(huán)火不僅嚴重影響列車安全正常運行，而且每年

12、給鐵路運輸造成巨大經(jīng)濟損失。多年來，盡管各修理廠或運用段對電動機環(huán)火非常重視，并采取了一些措施，但環(huán)火仍然是危害機車安全運行的主要故障之一。因此，對產(chǎn)生環(huán)火的原因進行分析，找出診治環(huán)火頑疾的良方，具有重要意義。2005 年 1 月至 2006 年 1 月全年沈陽站車務(wù)段發(fā)生牽引電動機故障 58件，其中牽引電動機環(huán)火 30 件，約占 52%，在各型故障中發(fā)生頻率最高，嚴重危及行車安全。1.41.4 當(dāng)前的國內(nèi)對牽引電機環(huán)火的研究現(xiàn)狀當(dāng)前的國內(nèi)對牽引電機環(huán)火的研究現(xiàn)狀幾年來，盡管各修理工廠或運用段對牽引電動機環(huán)火高度重視，并采取了相應(yīng)的措施，但是環(huán)火仍然是危害內(nèi)燃機車安全運行的主要故障之一。沈陽鐵

13、路局薛家配件廠電機大修廠調(diào)查的結(jié)果就表明了這一點。表 2 2001-2002 年沈陽鐵路局薛家配件廠電機發(fā)生環(huán)火統(tǒng)計數(shù)據(jù)表電機型號環(huán)火電機（臺）入廠電機(臺)環(huán)火比例(%)ZQDR-41023590725.9ZQDR-410C29294230.9ZD109B3418018.9ZD1064821022.4環(huán)火是電力傳動機車運行中牽引電機的一種特殊故障, 也是使各機務(wù)段運轉(zhuǎn)、保養(yǎng)人員頭痛的問題。經(jīng)過二、三十年的研究, 國內(nèi)外的研究學(xué)者們普遍認為牽引電機產(chǎn)生環(huán)火有兩種原因：由于牽引電機換向條件急劇惡化，在碳刷的后刷邊產(chǎn)生強烈的原始電孤而引起環(huán)火；由相鄰換向片間導(dǎo)電橋形成的原始電弧引起環(huán)火。但是上述兩

14、種原因中究竟哪一種是主要的原因在設(shè)計和運行中, 應(yīng)當(dāng)注意哪些問題, 才能盡量減少牽引電機的環(huán)火?這些問題的答案卻并不十分明確。在牽引電機運行實踐中, 的確有一些特殊的現(xiàn)象, 因而促使各國的有關(guān)研究人員從五十年代開始又對這些間題進行研究。這些特殊現(xiàn)象是有的牽引電動機在反饋試驗臺上試驗時, 碳刷下并沒有火花, 但卻經(jīng)常突然發(fā)生環(huán)火。在發(fā)生環(huán)火前沒有任何預(yù)兆。運轉(zhuǎn)部門可以根據(jù)故障牽引電機換向片尖端存在細小的銅瘤來判斷此牽引電機發(fā)生過環(huán)火。但這類電機碳刷后刷邊通常并沒有明顯的電弧燒傷痕跡。蘇聯(lián)曾做過一個試驗, 他們用一臺牽引電動機作為他勵發(fā)電機空載運行, 并且把此電機上所有碳刷都抬起。碳刷根本不接觸換

15、向器表面, 當(dāng)然就不存在什么換向問題, 更不會產(chǎn)生碳刷下的原始電弧。在空載情況下加大勵磁電流, 使電樞電勢逐步增大。當(dāng)電勢加大到約為額定值的) 倍時, 這臺空載發(fā)電機的換向器上竟然也發(fā)生環(huán)火。有的牽引電動機曾在試驗臺上人為地短接附加極繞組, 使碳刷后刷邊產(chǎn)生持續(xù)而強烈的火花, 但這種電機并沒有發(fā)生環(huán)火?；谝陨线@些特殊現(xiàn)象, 研究者們再次注意換向片間導(dǎo)電橋的燃燒問題，并認為這可能是引起牽引電機環(huán)火的主要原因二 牽引電機環(huán)火的原因分析2.12.1 環(huán)火產(chǎn)生原因具體分析環(huán)火產(chǎn)生原因具體分析電動機運行時，由于電磁、機械或化學(xué)方面的原因，在電刷下可能產(chǎn)生原始火花，當(dāng)換向器片間電壓過高時，可能產(chǎn)生電位火

16、花。隨著換向器的高速旋轉(zhuǎn)，這些火花會形成小的電弧。如果這些電弧被機械地拉長，使正、負電刷短路，環(huán)火就產(chǎn)生了。由此可知，環(huán)火的產(chǎn)生必須滿足兩個條件：第一，必須有火花產(chǎn)生；第二，火花被機械地拉長變成電弧，使正、負電刷短路，最終發(fā)展成環(huán)火。一、產(chǎn)生火花的原因電動機的換向問題十分復(fù)雜，產(chǎn)生原始火花的原因也是多種多樣。通過不斷初中和分析研究，到目前為止，將產(chǎn)生原始火花的原因歸納為 3 個方面，即電磁原因、機械原因和化學(xué)原因。它們分別產(chǎn)生電磁火花、機械火花和化學(xué)火花。電磁火花：對直流牽引電動機來說，換向元件中的合成電勢等于換向電勢減去電抗虬勢和電樞反應(yīng)電勢之和的差值，當(dāng)過分延遲換向時，該合面電勢遠小于零，

17、由此在換向元件中產(chǎn)生一個很大的、與電樞電流同方向的附加電流，使電流改變方向的時刻延遲。在換向結(jié)束的瞬間，該附加電流以電磁能的形式釋放出來，從而在電刷下產(chǎn)生電磁火花。對脈流研究牽引電動機來說，在換向過程中，換向元件中除了存在直流牽引電動機同樣的換向電勢、電抗電勢和電樞反應(yīng)電勢外，還存在由于交流分量引起的交流電抗電勢、交流換向電勢和變壓器電勢，它們在換向元件中形成直流合成電勢和交流合成電勢。過大的合成電勢導(dǎo)致在電刷下產(chǎn)生電磁火花。機械火花：機械火花產(chǎn)生的原因主要為換向器及電動機旋轉(zhuǎn)部分有缺陷，如個別換向片或云母片凸出；換向器偏心、轉(zhuǎn)子動平衡不好；換向器表面污染，有毛刺、斑痕或拉傷溝紋；換向器工作表

18、面變形等。電刷裝置有缺陷，如電刷接觸面研磨得不光滑、接觸不良或局部接觸；電刷與刷盒之間的間隙不合適，造成電刷跳動、傾斜或卡死；電刷壓力不恰當(dāng)；刷握裝置不穩(wěn)固，造成刷握位置偏離；刷架圈的定位不準確或安裝不牢固等。化學(xué)火花：電動機長期運行后，在換向器表面會形成一層很薄的薄膜，包括一層金屬氧化膜和一層碳膜。正常的薄膜不僅能改善換向，還可以起到潤滑作用。但不正常的薄膜，如黑片、條紋和溝槽、電刷軌道、銅毛刺等，將導(dǎo)致化學(xué)火花的產(chǎn)生。實際上也可以將化學(xué)火花歸類于機械火花。電位火花：電動機運行時，電刷磨損而產(chǎn)生的碳粉或電刷碎片，換向器因磨損而產(chǎn)生的銅粉以及其他導(dǎo)電灰塵會積聚在換向片間的溝槽中，這些可導(dǎo)電物質(zhì)

19、在換向片形成導(dǎo)電橋。當(dāng)片間電壓過高時，此導(dǎo)電橋中的導(dǎo)電物質(zhì)燃燒形成電位火花。二、火花發(fā)展成環(huán)火的原因1)1)原始火花發(fā)展成環(huán)火原始火花發(fā)展成環(huán)火當(dāng)換向器旋轉(zhuǎn)時，火花變成小的電弧。當(dāng)原始火花較大時，隨著換向器的旋轉(zhuǎn)，原始火花被機械地拉長，從而在電刷與換向器間形成電弧。該電弧能否拉長至使正、負電刷短路的程度，取決于電弧本身的能量及換向器上的電位分布。當(dāng)流過電弧的電流足夠大或電位特性曲線過陡時，就有可能達到產(chǎn)生環(huán)火的條件。由此可知，流過電弧的電流足夠大或電位特性曲線過陡是原始火花發(fā)展成環(huán)火的主要原因。2)2)電位火花發(fā)展成環(huán)火電位火花發(fā)展成環(huán)火當(dāng)片間電壓足夠大時，導(dǎo)電橋中的導(dǎo)電物質(zhì)燃燒后，產(chǎn)生片間電

20、弧。片間電弧使周圍空氣電離，當(dāng)換向器旋轉(zhuǎn)時，該電弧隨換向器一起轉(zhuǎn)動，并且由于電弧形成的氣體內(nèi)壓力及作用在電弧上的電動力使電弧拉長。當(dāng)電弧向前擴展時，它遺留下來的離化氣體是導(dǎo)電的，因而，電弧不斷伸長，以至形成環(huán)火。所以，片間電壓過大是電位火花發(fā)展成環(huán)火的主要原因。2.22.2 環(huán)火產(chǎn)生的具體案例分析環(huán)火產(chǎn)生的具體案例分析電機環(huán)火發(fā)生后，從換向器的具體特征來看，一般是產(chǎn)生有規(guī)則黑片或無規(guī)則黑片，比較嚴重的則出現(xiàn)溝痕、換向片凸片甚至電樞過熱等現(xiàn)象。有規(guī)則黑片的產(chǎn)生是由于電機換向困難造成，歸結(jié)為結(jié)構(gòu)性能原因。其他現(xiàn)象的原因產(chǎn)生因素很多，諸如電刷與刷握的原因、電機空轉(zhuǎn)、電機日常保養(yǎng)不當(dāng)?shù)?。下表是某車?wù)段

21、 1 年來發(fā)生的牽引電機“環(huán)火”故障及發(fā)生的原因：發(fā)生原因總計發(fā)生件數(shù)電機結(jié)構(gòu)性能刷擺及碳刷原因電機空轉(zhuǎn)日常保養(yǎng)不當(dāng)3031449比例10%47%13%30%牽引電動機環(huán)火的產(chǎn)生大致可分為 4 種原因，現(xiàn)結(jié)合電機故障實例對各種原因進行分析：電機的結(jié)構(gòu)性能影響產(chǎn)生有規(guī)則黑片從由結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的故障實例分析，最為常見的是按電樞槽節(jié)距分布的黑片，每隔三片發(fā)黑一片或每隔一片發(fā)黑三片。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生機理為：當(dāng)電樞反應(yīng)的電抗電勢大于或小于換向元件的換向電勢時，形成延時或加速換向，因為電機每槽有數(shù)個線槽元件，在同一個槽內(nèi)同時換向的數(shù)個元件中頭一個結(jié)束換向的元件其短路電流的剩余磁場的能量大部分可以被仍在進行換向

22、過程的第二個元件吸收，依次類推，第 n 個換向元件在換向結(jié)束時，則沒有此條件而必須以火花的形式釋放出來，根據(jù)換向不良的嚴重程度，就會產(chǎn)生每隔三片或者一片出現(xiàn)黑片的有規(guī)則現(xiàn)象。這種情況運行時間過長，則黑痕會擴大至換向器整個表面。具體導(dǎo)致?lián)Q向不良的原因有：換向極某一線圈出現(xiàn)匝間短路。東風(fēng)型 1681、0334 兩臺機車電機發(fā)生環(huán)火后，測量換向極阻值分別為 0.0043 和 0.0041(正常值為0.00520.0062)，后通過更換出現(xiàn)匝間短路線圈，電機裝車后使用正常。換向極第二氣隙片墊錯。6210 機車第三電機換向極線圈接地，更換線圈時，由于少墊一黃銅片，致使第二氣隙值不正確，電機運行一段時間后

23、發(fā)生環(huán)火。其他如電刷位置不在中性線上、換向極裝配對不同心度偏差太大等也能造成電機環(huán)火的發(fā)生，但由于此種問題極少發(fā)生，本文不再一一獒述。電刷與刷握引起的環(huán)火此種原因造成的環(huán)火最多，也最為常見。當(dāng)由于電刷及刷握的原因?qū)е码娝⑴c換向器接觸不良或不穩(wěn)定時，就會在電刷接觸面上產(chǎn)生大火花從而導(dǎo)致黑痕。具體分析如下：刷握壓指彈簧出現(xiàn)永久變形或斷簧，導(dǎo)致壓力不夠，在運行線路沖擊或告訴的情況下，會產(chǎn)生很大振動，使電刷頻繁跳離換向器表面而產(chǎn)生火花。尤其當(dāng)電動機的刷握彈簧為拉簧時，彈簧折斷后，很容易脫落掉在換向器表面，嚴重拉傷換向器。此種原因的環(huán)火發(fā)生比較頻繁，應(yīng)重點防治并科學(xué)改進。電刷與刷盒的間隙不合要求電刷在刷

24、盒中上下移動不靈活或太緊，使電刷與換向器接觸不良。反之，電刷在刷盒內(nèi)配合太松，使電刷傾斜，從而引起電刷接觸不良和接觸面積大大減少，使電機運行時產(chǎn)生大的火花而出現(xiàn)黑痕。電刷高度已超過極限值，使刷握壓指壓不到電刷或電刷壓力下降很多。而且當(dāng)電刷最后露出埋入刷體中的銅線，與換向器表面發(fā)生直接磨損就會迅速破壞氧化膜和磨損整流子而發(fā)生事故。刷握緊固螺栓螺母松動刷盒底面與換向器表面距離過大。使用不合適的電刷，使電刷無法適應(yīng)電機運行工況而形成不了良好的氧化膜。在同一臺電機上同時使用不同牌號的電刷，由于電刷性能差異比較大，使電流分布不均勻。而且同一刷盒使用不同高度的電刷，也會由于壓指壓力相差很大造成接觸電阻不同

25、而影響電流的均勻分布，都可能造成電機環(huán)火的發(fā)生。電機空轉(zhuǎn)的影響如果電機運行時轉(zhuǎn)速超過允許的最高轉(zhuǎn)速，由于離心力增加，可能會使換向器變形凸片，使換向惡化。同時由于轉(zhuǎn)速過高，嚴重時會引起電樞無緯帶崩裂而造成電樞繞組掃膛導(dǎo)致電機損壞。具體案例有：當(dāng)機車運行于長大坡道，在坡道上途?；蜻M站停車再啟動時，啟動后電流時常在 4000A 左右，并且在長時間低速大電流運行，很容易造成電機空轉(zhuǎn)；當(dāng)在雨、霜、雪等惡劣天氣條件下行車，如果乘務(wù)員不能正確操縱，提前撒砂。造成輪對空轉(zhuǎn)，電機環(huán)火放炮的紀律就會大大增加。由于各種原因，電機主動齒輪與電樞軸脫離，電機得電運行時，失去負載，轉(zhuǎn)速飛速上升，造成電機環(huán)火的發(fā)生。例如某

26、車段機車由于第 2 齒輪箱漏油嚴重，乘務(wù)員未及時補充油脂，致使電機主動齒輪與輪對齒輪干磨，電機主動齒輪過熱脫落，造成電機環(huán)火。日常保養(yǎng)不當(dāng)牽引電動機進油也能造成電機環(huán)火。電機進油后，整流子表面的油污會使碳刷接觸不良，從而造成環(huán)火。從某些發(fā)生電機進油故障的案例中來看，大多是由電機通風(fēng)道進入的。由于電機風(fēng)道通風(fēng)口設(shè)在車上電氣室的冷卻室，當(dāng)啟動變速箱或靜液壓系統(tǒng)管路出現(xiàn)漏油、滲油現(xiàn)象，滲出的油未及時清除，被前后通風(fēng)機吸入電機內(nèi)造成環(huán)火。當(dāng)電機在較大電流情況下長時間運行，而由于通風(fēng)量不足，電機散熱不良時，會使換向器局部過熱而引起換向片局部凸片現(xiàn)象，使換向惡化。具體案例有：機車后通風(fēng)機尼龍繩斷裂，未及時

27、更換，造成后臺車三臺電機都發(fā)生不同成都的環(huán)火。三牽引電機環(huán)火的防護措施分析通過上述分析可知，產(chǎn)生環(huán)火的因素主要有原始火花或化學(xué)火花的產(chǎn)生、流過電弧的電流過大、電位特性曲線過陡或換向片片間電壓過高 3 個方面。因此，要防止環(huán)火的產(chǎn)生，就必須從上述 3 個方面想辦法。3.13.1 減少原始火花或化學(xué)火花減少原始火花或化學(xué)火花(1)提高電動機制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量。無論是電動機制造質(zhì)量，還是裝配質(zhì)量，都要符合設(shè)計要求，嚴格控制質(zhì)量關(guān)。從減水原始火花或化學(xué)火花方面來講，尤其要提高轉(zhuǎn)子、電刷裝置和換向器的制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量。(2)要綜合采用改善換向的措施。電磁火花的原始火花中最主要部分，也是最大的火花。減水

28、電磁火花的方法又稱改善換向。在這方面的研究較多，技術(shù)也比較成熟。對直流牽引電動機，主要措施有合理安裝換向極、減水電抗電勢和電樞反應(yīng)電勢國、增加換向回路的電阻(如采用分裂式電刷、高接觸電阻的電化石墨電刷)、移動電刷等。對脈流牽引電動機，除了上述措施外，還要采用盡量減水交流合成電勢的數(shù)值，改善交流換向電勢的相位，選擇合適的變壓器電勢，采用感應(yīng)分路等。(3)制定相應(yīng)制度，加強乘務(wù)員對牽引電動機的日常維護和保養(yǎng)。要求乘務(wù)員日常對以下幾個方面進行檢查和處理。查看換向器工作表面的氧化膜色澤是否良好，如出現(xiàn)不正常的狀態(tài)或顏色，應(yīng)及時分析原因，并作相應(yīng)處理。檢查換向器表面是否有污染、毛刺、斑痕或拉傷溝紋。常用

29、干燥的壓縮空氣吹掃換向器表面；如有油污，可用浸有少量酒精或丙酮的無維抹布揩拭干凈；如有燒痕，可用 0 號玻璃砂布清擦；如有毛刺、斑痕或拉傷溝紋，可進行刀光處理或打磨處理。檢查換向器是否偏心，換向器工作表面是否變形，如變形則應(yīng)及時報修處理。檢查是否有個別換向片或云母片凸出，如有應(yīng)及時打磨處理。檢查電刷接觸面是否光滑、是否有接觸不良或局部接觸現(xiàn)象，并作相應(yīng)正理。檢查電刷及刷盒之間的間隙是否合適，如不合適應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。測量電刷壓力是否在規(guī)定值，如不符合應(yīng)及時進行調(diào)整。檢查刷握裝置是否穩(wěn)固，必要時要進行緊固處理。檢查刷架圈的定位是否準確或安裝是否牢固，必要時應(yīng)進行調(diào)整或緊固處理。經(jīng)常清掃換向片間的溝槽

30、，保持電機內(nèi)部的良好通風(fēng)。3.23.2 減少電樞電流減少電樞電流電樞電流的大小是根據(jù)電動機的實際需要確定的，不能進行人為的限制。這里只考慮由于磁場削弱而引起的電樞電流的突增問題。有級磁場削弱過渡瞬間，會引起電樞電流的突增，而且削弱越深，電樞電流越大。因此，一方面要盡量控制磁場削弱不要太深，另一方面盡量采用多級或無級磁場削弱。由于無級磁場削弱是平滑過渡，不會引起電流的突增，因此建議優(yōu)先采用無級磁場削弱。3.33.3 改善電位特性或減小片間電壓改善電位特性或減小片間電壓(1)從設(shè)計標準上限制換向器圓周上的電位梯度和最大片間電壓值。牽引電動機運行經(jīng)驗表明，為防止環(huán)火的產(chǎn)生，沿換向器圓周上單位長度(即電位梯度)的最大值應(yīng)小于 8090V/cm，最大片間電壓應(yīng)不超過下列極限值。當(dāng)云母片厚度為 0.8mm 時，最大片間電壓35V；當(dāng)云母片厚度為1.0mm 時，最大片間電壓3540V；當(dāng)云母片厚度為 1.2mm 時，最大片間電壓4043V；當(dāng)云母片厚度為 1.5mm 時，最大片間電壓4345V。(2) 采用適當(dāng)?shù)闹鳂O極靴形狀，如偏心氣隙、部分擴張氣隙。這樣可以減小電樞反應(yīng)對主磁通的畸變作用，從而改善換向器的電位分布。(3)選擇適當(dāng)?shù)臉O弧系數(shù)。極弧系數(shù) a 等于極弧長度與極距之比。極弧系數(shù)越小，