到段機(jī)車牽引電機(jī)燒損原因探析及預(yù)防

1、到段機(jī)車牽引電機(jī)燒損原因探析及預(yù)防摘要：針對(duì)df8b為代表的新造內(nèi)燃機(jī)車到段燒損牽引電機(jī)這一故障 現(xiàn)象，從理論上分析了產(chǎn)生燒損故障的原因，并根據(jù)分析結(jié)果，提出 了有效的防范措施。關(guān)鍵詞：整備；剩磁；感應(yīng)電勢(shì)；、八一刖s中國(guó)南車集團(tuán)資陽(yáng)機(jī)車廠（以下簡(jiǎn)稱資陽(yáng)廠）生產(chǎn)的df4和df8b 型機(jī)車是我國(guó)鐵路重載牽引的貨運(yùn)干線機(jī)車，新造機(jī)車出廠前須經(jīng)過(guò) 各種試驗(yàn)和試運(yùn)行止常后方可出廠到段。目前生產(chǎn)的數(shù)百臺(tái)機(jī)車到段 后情況良好，但也出現(xiàn)過(guò)幾次新造機(jī)車在出廠前狀態(tài)良好，機(jī)車到段 整備中卻發(fā)現(xiàn)牽引電機(jī)嚴(yán)重?zé)龘p的事件，給用戶和資陽(yáng)廠都造成了很 大的損失，這種事例雖然很少，但離機(jī)車到段只整備不整修的要求還 有差距，

2、需要找出根本原因來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。1牽引電機(jī)燒損原理分析以df8b型機(jī)車為例，在加載時(shí)，每一位牽引電機(jī)支路如下（以 1d支路為例）：主整流柜正極1c （電空接觸器）1d （牽引 電機(jī)電樞和換向繞組）hkg （工況轉(zhuǎn)換開關(guān)）hkf （方向開 關(guān)）1d （牽引電機(jī)串勵(lì)繞組）hkf （方向開關(guān)）hkg （工況轉(zhuǎn)換開關(guān)）主整流柜負(fù)極。為便于分析，將各個(gè)開關(guān)和接觸器略去，僅保留電機(jī)回路部分， 且先取6個(gè)牽引電機(jī)的2位做理論分析，簡(jiǎn)化后見(jiàn)圖1所示。在柴油機(jī)主發(fā)電機(jī)提供電源的情況下，根據(jù)電磁理論，可知2位牽引電機(jī)在f電磁力的作用下，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生機(jī)車的牽引動(dòng)力。根據(jù)牽引電機(jī)燒損的情況，可以肯定在牽引電機(jī)中存

3、在著閉合回 路。假定1c6c是在運(yùn)行過(guò)程中被閉合的（這在柴油機(jī)未起機(jī)是 可以做到的，在做動(dòng)作試驗(yàn)時(shí)常常使用），而且牽引電機(jī)是在機(jī)車做 過(guò)前方牽引過(guò)后，被其他機(jī)車牽引做同向的運(yùn)動(dòng)，即電機(jī)轉(zhuǎn)速n的方 向是與圖1 一致，其簡(jiǎn)化后的回路見(jiàn)圖2所示。由于牽引電機(jī)作前向牽引后，其電機(jī)氣隙間會(huì)存在一定的剩磁， 在被他其車牽引作相同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，2位電機(jī)在剩磁作用下會(huì)產(chǎn)生一 定的感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)方向如圖2所示。即使同型號(hào)電機(jī)，由于制造上 的差異，使得電機(jī)剩磁不盡相同，因而在同一轉(zhuǎn)速下必定會(huì)產(chǎn)生不一 樣的感應(yīng)電勢(shì)。1e|逐漸減小e2逐漸增大圖2 牽引電機(jī)作同向牽引后又被其他機(jī)車引作同向運(yùn)動(dòng)的情況根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，e

4、= ce* 4)* n,式中，e為電機(jī)每極氣隙磁 通量(wb)； n為電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)； ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，同類型電機(jī) 的g相同。電機(jī)在同一轉(zhuǎn)速下必然會(huì)產(chǎn)生不一樣的感應(yīng)電勢(shì)，假設(shè)1d電機(jī) 剩磁磁通量大于2d電機(jī)，則ei >el根據(jù)圖2,可知1d電機(jī)由于其 剩磁比2d電機(jī)大，1d工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，1d主極繞組電流激磁產(chǎn) 4：的磁勢(shì)會(huì)削弱原來(lái)的剩磁，使其每極磁通量減少，1d電機(jī)感應(yīng)電 勢(shì)呈下降趨勢(shì)，而開始時(shí)工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的2d,由于主極繞組電 流激磁產(chǎn)生的磁勢(shì)增強(qiáng)了原剩磁磁通量，2d電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)呈增強(qiáng)趨 勢(shì)，直到在圖2回路中達(dá)到某種平衡為止。根據(jù)圖2回路，可以得到 如下方程：e -e

5、2 =i*r + l*di/dt ，式中，l為1d, 2d回路中的總電感量，r 為id, 2d冋路屮的總電阻值。電機(jī)繞組內(nèi)阻r總是很小，因此可以將上述公式簡(jiǎn)化如下：ei - e2 = l*di/dt (1)同時(shí)根據(jù)直流電機(jī)學(xué)理論ei =cc*(*io *ii )* n,e2 二 ce*( © 20+e 2i )* n式中，©10、“20代表id, 2d的剩磁磁通量，"li、”2i代表1 d、2 d的電磁激磁通量，由于電流i相同，可知嘰二4)2i,ce為電 動(dòng)勢(shì)常數(shù)，同型號(hào)電機(jī)此數(shù)值一樣。將其代入公式(1),可得到：ce*( e 10- 4)20) * n ce*(

6、 4)ii+ e 2i) * n = l*di/dt，且令 4)h+ 4)2i=ka*i (ka >0)(此電流參考正方向如圖2所示)根據(jù)初始條件i | t=0 =0,可以 解得微分方程如下：i =(io- 4>20)*(1 e'ka*ce*n*t/l)/ ka,其中(i)i0 <b2o>o, (ka >0)(此電流參考正方向如圖2所示)。據(jù)此可知在某一轉(zhuǎn)速n下，電流會(huì)達(dá)到1個(gè)恒定值，這種情況下不會(huì) 產(chǎn)生燒損碳刷的結(jié)果。12d電動(dòng)機(jī)狀態(tài)逐 漸轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)e|逐漸增大e2逐漸減小圖3 牽引電機(jī)作同向牽引后又被其他機(jī)車引作反向運(yùn)動(dòng)的情況另外，再次假定機(jī)車牽引

7、電機(jī)在做過(guò)前方牽引后，被其他機(jī) 車牽引做反向的運(yùn)動(dòng)，即電機(jī)n的方向與圖2相反，其簡(jiǎn)化后的 冋路見(jiàn)圖3所示，則分析可知1d電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，主極繞 組電流激磁產(chǎn)生的磁勢(shì)會(huì)增強(qiáng)原來(lái)的剩磁，使其每極磁通量增 加，電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)也會(huì)有上升的趨勢(shì)，而開始時(shí)工作于電動(dòng)機(jī)狀 態(tài)的2d,由于主極繞組電流激磁產(chǎn)生的磁勢(shì)削弱原剩磁磁通量， 電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)也會(huì)有下降趨勢(shì)，在回路中形成1個(gè)止反饋的電流 無(wú)限增大的情況，因此能夠根據(jù)圖3給出如下方程式：ei = ce*(%+嘰)* ne2 二 ©*("20一 ”2i)* 口式屮，ao、e 20代表id, 2d的剩磁磁通量，嘰、©2i代表 1

8、d、2 d的電磁激磁通量,，由于電流i相同，可知4)li=d)21, ce 為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，同型號(hào)電機(jī)此數(shù)值一樣。將其代入公式(1),可得到: cc*(eio”20)* n + cc*(eii+“2i) * n = l*di/dt，且令 “口+“ 2i=ka*i (ka >0)(此電流參考正方向如圖3所示),根據(jù)初始條件ii匸。=0,可以解得微分方程如下：i =(«10 <1>20 )*( e-ka*cc*n*ul _ )丘，其中 <1)|0一 “ 20>°，r>0)(此電流參考正方向如圖3所示)。根據(jù)該公式可知隨著時(shí)間t的增長(zhǎng)，圖3中的電

9、流i會(huì)無(wú)限增 長(zhǎng)，直至燒損電機(jī)，這種情況正好符合會(huì)燒損電機(jī)的情況。以上只分析了 id、2d回路的情況，在實(shí)際1c6c都閉合的 情況下，根據(jù)電路的等效原理，剩磁最大的某位電機(jī)必然會(huì)在開 始時(shí)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，為各個(gè)電機(jī)提供回路電流，此電流會(huì)增 大此位電機(jī)的磁通量并削弱其他各位電機(jī)的剩磁磁通量，形成如 圖3所示的電流逐步增大的情況，從而燒損電機(jī)。圖4使單電機(jī)的回路情況，即使單電機(jī)情況電機(jī)發(fā)電并沒(méi)達(dá) 到整流橋組的導(dǎo)通條件，則在圖3的的情況z下，發(fā)電電壓也會(huì) 很快達(dá)到整流橋的導(dǎo)通條件而形成通過(guò)整流橋的短路電流。整流組圖4單電機(jī)情況2預(yù)防措施根據(jù)以上分析知道，形成這種情況有以下幾個(gè)條件：電機(jī)耍 有剩磁并且不相同；各位牽引電機(jī)間有回路；機(jī)車在做了某方向 的牽引后，在1c6c閉合的情況下做反方向的他車牽引。要徹底杜絕此類燒損電機(jī)故障的發(fā)生，必須在控制各位電機(jī) 回路上采取措施，現(xiàn)在主要采取了以下3種措施（采取其中任何1 條都能有效避免電機(jī) 燒損事故的發(fā)生）：（1）取掉各位牽引電機(jī)碳刷。（2）關(guān)閉低壓控制風(fēng)缸的截止塞門，防止從列車管進(jìn)入低壓風(fēng)缸 壓縮空氣（在采用電磁式的1c6c主接觸器時(shí)，該措施無(wú)