改善電力機(jī)車脈流牽引電動機(jī)換向的措施分析報(bào)告

1、題 目：改善電力機(jī)車脈流牽弓丨 電動機(jī)換向的措施分析 院系： 專業(yè)：_姓名：指導(dǎo)教師：西南交 通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院院系專業(yè)年級學(xué)號姓名學(xué)習(xí)中心指導(dǎo)教師題目 改善電力機(jī)車脈流牽引電動機(jī)換向的措施分析指導(dǎo)教師評 語是否同意答辯 過程分（滿分20）指導(dǎo)教師（ 簽章）評閱人評 語評閱人 （簽章）成 績答辯組組長（簽章）畢業(yè)論文任務(wù)書班級學(xué)生學(xué)號題 目改善電力機(jī)車脈流牽引電動機(jī)換向的措施分析1、 本論文的目的、 意義在機(jī)車運(yùn)行中，因受多種因素影響， 乘務(wù)員無法預(yù)見牽引電機(jī)火花前的特征，因而不能防止?fàn)恳姍C(jī)火花的發(fā)生，這樣令機(jī)務(wù)部門十分頭疼。為了減少和防止直流電機(jī)故障,本人將在下文通過分析直流電機(jī)換向火花產(chǎn)

2、生的原因以及預(yù)防措施提出自己的看法與探討。2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 第一步：在全面掌握有關(guān)理論的基礎(chǔ)上積極著手收集資料，擬定該論文大綱；第二步：依據(jù)指導(dǎo)老師修改后的論文提綱撰寫論文；第三步:向指導(dǎo)老師提交論文初稿；第四步:依據(jù)老師的指導(dǎo)對論文進(jìn)行反復(fù)修改；第五步:論文疋稿并對論文進(jìn)行裝訂；第六步:對論文答辯進(jìn)行準(zhǔn)備。3、 論文各部分容及時(shí)間分配：（共周）第一部分直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)（周）第二部分直流電機(jī)的工作原理（ 周）第三部分換向的定義及換向的物理意義（ 周）第四部分換向火花產(chǎn)生的原因（周）第五部分脈流牽引 電動機(jī)換向特點(diǎn)及改善換向的方法（周）第六部分一建議（周）評閱及答辯（周）4、參考文獻(xiàn)1朱利湘.

3、機(jī)車電傳動.西南交通大學(xué)，19922張龍.電力機(jī)車電機(jī)中國鐵道出版社2003 年3華平.機(jī)車電機(jī) 中國鐵道出版社2003年4莫堅(jiān).電力機(jī)車檢修中國鐵道出版社2008 年5 張龍.ss7電力機(jī)車電機(jī).南寧鐵路局，1989年6 許順隆 徐朝陽.輕松學(xué)電機(jī).中國電力出版社.2008備 注指導(dǎo)教師： 年月日審批人： 年月日誠信承諾、.二、本論文是本人獨(dú)立完成；本論文沒有任何抄襲行為；三、若有不實(shí)，一經(jīng)查出，請答辯委員會取消本人答辯資格。承諾人（鋼筆填寫）：年 月 日摘 要I第1章 緒論1第2章直流電機(jī)2第3章?lián)Q向火花產(chǎn)生的原因及等級 53.1 電磁原因53.2 機(jī)械原因63.3 化學(xué)原因7第4章改善換

4、向火花的產(chǎn)生 104.1 相應(yīng)改善措施104.2 預(yù)防換向火花過大的方法134.3 脈流牽引電動機(jī)換向的特點(diǎn) 134.4 改善換向方法144.5 環(huán)火的定義164.6 引起環(huán)火常見情況 164.7 防止環(huán)火的措施16第5章 建議175.1 應(yīng)用方面175.2 檢修方面175.3 保養(yǎng)方面18結(jié)束語19致 20參考文獻(xiàn)21摘要為了使機(jī)車具有優(yōu)良的牽引性能，保證牽引電動機(jī)的質(zhì)量是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，總結(jié)脈 流電動機(jī)在運(yùn)用中出現(xiàn)的故障情況，正確的防止電動機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的不良現(xiàn)象，就 必須采取相對應(yīng)的措施，改善電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和環(huán)節(jié)，保障電力機(jī)車良好的運(yùn)行狀態(tài)，將火 花故障降到最低限度，從而保障電力機(jī)車良

5、好的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)在我們就以脈流牽引電動機(jī) ZD105為例，來分析其運(yùn)行過程中的不良影響及改善脈 流牽引電機(jī)的換向措施。關(guān)鍵詞：牽引電機(jī)換向火花原因分析改善措施建議第1章緒論環(huán)火是指牽引電動機(jī)正負(fù)電刷之間被強(qiáng)烈的大電弧所短路。飛弧是指電弧跨越換向器或電刷裝置表面，飛躍到換向器壓圈、前端蓋、磁極鐵心或機(jī)座等處而接地。環(huán) 火或飛弧發(fā)生時(shí)，相當(dāng)于電樞繞組處于短路狀態(tài)，而電動機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動切割磁力線后將 處于發(fā)電狀態(tài)，因而會伴有很大的響聲，俗稱“放炮”，電機(jī)放炮還會產(chǎn)生巨大的沖 擊振動。輕則使換向器表面留下銅毛刺或刷桿絕緣表面出現(xiàn)明顯灼痕，重則可使電樞繞組出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)龘p或甩出（俗稱“掃膛”），也會使輪箍踏面造

6、成嚴(yán)重擦傷。該故障 是電力機(jī)車在運(yùn)用中發(fā)生的故障之一。 在機(jī)車運(yùn)行中，因受多種因素影響，乘務(wù)員無 法預(yù)見牽引電機(jī)環(huán)火前的特征，因而不能防止?fàn)恳姍C(jī)環(huán)火的發(fā)生， 容易產(chǎn)生電機(jī)燒 損或燒壞，影響了機(jī)車的運(yùn)行質(zhì)量。總結(jié)直流電機(jī)在運(yùn)用中出現(xiàn)的故障情況， 采取正確的運(yùn)用保養(yǎng)措施是減少和防止 直流電機(jī)故障的有效途徑。現(xiàn)機(jī)務(wù)段中服役的電力機(jī)車機(jī)車有SS3 SS7等，它們都是靠ZD-105型電力牽引電動機(jī)為主，若牽引電機(jī)出現(xiàn)環(huán)火等故障，則直接影響鐵路 的正常運(yùn)行秩序?，F(xiàn)以機(jī)務(wù)段ZD-105型牽引電動機(jī)的故障情況為例，來分析該型牽引電動機(jī)的故 障機(jī)理。如下表1-1示：表1-1牽引電動機(jī)的故障落修原因1999-2

7、00020012002200320042005合計(jì)比例/%電機(jī)還火5422542217.5主極接地3414341915.1換向極接地3343421915.1電樞接地00223186.3整流子拉傷3342321713.5斷線2284132015.9漏油甩油010522107.9軸承固死302321118.7合計(jì)191723252319126100SS3 SS7臺牽引電動機(jī)均安裝在機(jī)車底部， 不但啟動停車頻繁，運(yùn)行中振動大 而且安裝空間狹小，又要承受風(fēng)沙、雨、雪及灰塵的侵襲，使用條件非常惡劣，因而 極易發(fā)生故障。綜合分析可知，該電機(jī)的主要故障為：電機(jī)環(huán)火；（2）絕緣破損（主、附極、電樞接地）；（3

8、）軸承固死；繞組間或引出線、刷架聯(lián)線的斷裂等。本論文主要淺談電機(jī)換向的措施，只與其中電機(jī)的環(huán)火有關(guān)所以只討論電機(jī)環(huán)火 這一故障及其改善和處理的方法。將在下文通過分析直流電機(jī)換向火花產(chǎn)生的原因以 及預(yù)防措施提出自己的看法，為了更好地說明問題，首先從直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理談 起。第2章直流電機(jī)作為一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)的直流電動機(jī)，其結(jié)構(gòu)與三相異步電動機(jī)基本相似， 其結(jié)構(gòu)主 體也包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示，包括四大組成部分：（一）定子由主磁極、換向極和機(jī)座三部分組成，是用來產(chǎn)生磁通和進(jìn)行機(jī)械固定。圖2-1直流電機(jī)組成部分（二）轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組和換向器三部分組成（亦稱電樞）用來產(chǎn)生

9、電動勢（三）端蓋做成一端蓋上有軸承以支撐電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，端蓋固定在機(jī)座的兩端，使電動機(jī) 個(gè)整體。（四）電刷架電刷架裝在端蓋上，電刷與換向器相接觸。其中，電樞繞組由按一定規(guī)律聯(lián)接的 線圈組成，是直流電動機(jī)中復(fù)雜而重要的電路部分， 也是通過電流和產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、 從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。（五）換向器亦稱整流子，起整流作用，它由楔形銅片所組成，彼此絕緣，如圖所示。安裝于 轉(zhuǎn)軸上，是直流電動機(jī)的構(gòu)造特征。（六）工作原理導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。 這一對電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向，企圖使電樞逆時(shí)針方 向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服

10、電樞上的阻轉(zhuǎn)矩 （例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其 它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來。圖 3-1-1圖 3-1-2如上圖3-1-1和3-1-2，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了 180°后，導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下時(shí)，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經(jīng)導(dǎo)體cd、ab后，從電刷B流出。這時(shí)導(dǎo)體cd受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?導(dǎo)體ab受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針方向因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導(dǎo)體ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其過電流的方向總是由電刷 A流 入的方向，而在S極下總是從電刷B流出的方向。這就

11、保證了每個(gè)極下線圈邊中的 電流始終是一個(gè)方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就 是直流電動機(jī)的工作原理。從上述原理我們可以看出，換向是直流電機(jī)的特有現(xiàn)象，在換向過程中，換向 火花是不可避免的，那么產(chǎn)生換向火花產(chǎn)生與哪些因素有關(guān)呢？這還需了解換向的物 理過程。（七）換向的定義幾物理意義直流電機(jī)的換向是指旋轉(zhuǎn)著的電樞元件， 在被電刷短路的情況下，經(jīng)過幾何中性 線（電刷在磁極軸線上）從一支路過渡到另一支路，元件中的電流由前一支路電流變 為后一支路電流的過程。正在進(jìn)行換向的元件稱為換向元件。 換向是直流電機(jī)特有的 過程。電力機(jī)車在運(yùn)行過程中，電機(jī)部當(dāng)線圈通過電流后，會在永磁鐵的作

12、用下，通過 吸引和排斥力轉(zhuǎn)動，當(dāng)它轉(zhuǎn)到和磁鐵平衡時(shí)，原來通著電的線較對應(yīng)換向器上的觸片 就與電刷分離開，而電刷連接到符合產(chǎn)生推動力的那組線圈對應(yīng)的觸片上，這樣不停的重復(fù)下去，直流電動機(jī)就轉(zhuǎn)起來了。為了解每個(gè)電樞元件種電流換向的過程，以一個(gè)單疊繞組元件為例來紀(jì)進(jìn)行分析。為了簡便起見，假設(shè)電刷寬度 bb等于一個(gè)換向片片距bk，電刷固定不動，換向 器以線速度vk向左移動。所討論的換向元件用粗線表示，它和換向片 1及二相接. 如圖4-1示。圖4-1第3章?lián)Q向火花產(chǎn)生的原因及等級直流電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生火花的原因較復(fù)雜， 主要原因3個(gè)方面：電磁原因；機(jī) 械原因；化學(xué)原因。3.1電磁原因這是換向火花產(chǎn)生的主要原

13、因。產(chǎn)生換向火花的電磁原因主要是由于電樞反應(yīng)使物理中性線偏離幾何中性線（對稱負(fù)載時(shí)，電樞磁動勢對主極磁場基波產(chǎn)生的影響，這種現(xiàn)象稱為電樞反應(yīng)），這樣 一來電刷所短接的處于幾何中性線上的換向元件在換向時(shí)其兩個(gè)邊感應(yīng)的電動勢不 為零，在電刷短接時(shí)就會產(chǎn)生換向火花。 如前所述，換向元件的電磁過程使換向回路 產(chǎn)生電勢、附加電流，并導(dǎo)致了電刷后刷邊的電流密度增大和遲后換向。 遲后換向時(shí)， 換向元件周圍將存在附加電流建立的磁場， 在換向結(jié)束時(shí)，這種磁場的一部分能量會 以電磁火花的形式通過后刷邊釋放出來，造成電刷后刷邊火花嚴(yán)重，從而形成環(huán)火。在換向回路中的電勢也是產(chǎn)生電磁原因：1、電抗電勢ek電樞繞組元件過

14、電流時(shí)，在元件的槽部和端部將產(chǎn)生漏磁通。根據(jù)電磁感應(yīng)定律， 當(dāng)閉合回路中磁鏈變化時(shí)，將產(chǎn)生反電勢，力圖阻止磁鏈的變化，即阻止電流的變化， 這種反電勢稱為電抗電勢。電抗電勢er的方向與換向前的電流方向一致，即換向元件 中電抗電勢er的作用是阻礙電流換向的。2、電樞反應(yīng)電勢e電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，除了主磁場外，還存在電樞磁場，如圖 5-1所示。在幾何中心 線處，主磁場等于零，但存在著較強(qiáng)的電樞磁場。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于幾何中心線上 的換向元件，將切割交軸電樞磁場而產(chǎn)生電樞反應(yīng)電勢 ea。根據(jù)右手定則可以判斷的方向也是與換向前的電流方向相同，即 爲(wèi)和er方向一致，都是阻礙電流換向的圖5-1電樞反應(yīng)電動勢3、

15、換向電勢ek上述所討論的兩個(gè)電勢er和ea，是沒有安裝換向極的電機(jī)中換向元件所感應(yīng)的 電勢，它們都是阻礙電流換向的。為了改善換向，容量在1kW以上的直流電機(jī)都安裝 有換向極，換向極安裝在幾何中心線上。換向極極性應(yīng)正確，以使它的磁勢與交軸電 樞反應(yīng)磁勢相反，如圖3所示。這樣，當(dāng)換向元件切割換向極磁場時(shí)，感應(yīng)產(chǎn)生換向 電勢ek，其方向與er和ea相反，用來抵消er和ea對換向的不利影響。因此，當(dāng)電 機(jī)換向時(shí)，換向元件回路合成電勢等于以上電勢之和，即e=er +ea- ek。當(dāng)換向電勢選擇的合適，使刖=寄+辦，恰好可以相互抵消時(shí)，換向元件中的合成電勢e=0，此時(shí)電機(jī)能得到滿意的換向。如果換向極磁場不

16、合適，則合成電勢就不等于零，這時(shí) 在換向元件中將產(chǎn)生附加電流。過大的附加電流會使電機(jī)換向惡。3.2機(jī)械原因牽引電動機(jī)在運(yùn)行過程中受到強(qiáng)烈的振動，換向器轉(zhuǎn)子和電刷裝置不良引起的火 花我們稱為機(jī)械火花。我們可以分為兩大類：1、換向器及電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的缺陷（1）個(gè)別換向片或云母片凸出；（2）換向器偏心、換向器升高片連接處斷開、換向器松動，換向片有高低；（3）換向器工作表面污染、工作變形、有毛刺、癍痕和拉傷溝紋等；（4）附加極調(diào)整不良；2、電刷裝置的缺陷（1）電刷接觸面研磨的不要光滑，接觸不良或只是局部接觸；（2）電刷在刷盒中間隙不合適，造成跳動，傾斜或卡死現(xiàn)象；（3）電刷上壓力不適當(dāng)；（4）刷握裝置不

17、穩(wěn)固，造成刷握位置偏離幾何中心線；（5）刷架的定位不準(zhǔn)確或安裝不牢固；（6）碳刷型號不適合電機(jī)。產(chǎn)生機(jī)械火花的原因是多種多樣的，有時(shí)是幾種原因同時(shí)起作用，有時(shí)只是一 種原因一旦出現(xiàn)火花，應(yīng)仔細(xì)觀察和具體分析。3.3化學(xué)原因直流電機(jī)工作環(huán)境屬于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境， 通常存在各種腐蝕性氣體或物質(zhì)，存在著 水汽、油霧、粉塵等，直流電機(jī)工作時(shí)在直流電的作用下，換向片和電刷將產(chǎn)生化學(xué) 反應(yīng)，正常層氧化亞銅薄膜、具有較大的電阻，可以減小附加電流；在水蒸氣較多或 其他有害氣體中運(yùn)行的電機(jī)，這層氧化亞銅薄膜很容易遭到腐蝕而破壞， 引起附加電 流和火花增大，破壞換向片的換向性能，從而使換向火花增大，這就是換向火花產(chǎn)生

18、 的機(jī)械原因。1、薄膜的形成、化學(xué)成分及作用換向器滑動面的薄膜是電刷與換向器接觸并在相對運(yùn)動過程中逐漸形成的。由于大氣中有水蒸汽，使電刷和換向器表面都覆蓋著一層水膜。 隨著膜的不斷加厚，新生 膜的速度也逐漸減慢，直到一定的厚度為止。這樣，換向器滑動面的氧化膜就形成了。 碳膜附著物在吸收空氣中的水分之后能產(chǎn)生良好的潤滑作用，減小電刷與換向器之間的磨耗，使電刷運(yùn)行穩(wěn)定。減小或消除機(jī)械性火花。2、不正常的換向趨薄膜換向器薄膜并非靜止不變。直流牽引電動機(jī)和脈流牽引電動機(jī)在換向不良、部發(fā)生故障或者在高原缺氧、干燥以及周圍空氣中有某種化學(xué)氣體的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，都會 使換向器表面薄膜遭到破壞，出現(xiàn)異常狀態(tài)。不

19、正常的換向器薄摸，主要有以下幾種：(1) 換向器薄膜產(chǎn)生黑片黑片是指換向片工作表面出現(xiàn)無光澤的黑膜。 如果整個(gè)換向器表面都發(fā)黑，表明 電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，火花達(dá)到2級或以上，此時(shí)必須對該電機(jī)進(jìn)行換向調(diào)整。 通常換 向器表面只是部分換向片發(fā)黑，分為有規(guī)律和無規(guī)律分布兩類。 有規(guī)律分布的黑片有規(guī)律分布的黑片是指沿?fù)Q向器圓周， 按一定的間隔距離，在換向器表面出現(xiàn)的 黑片。按槽節(jié)距分布的黑片，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有：電刷或換向極黑片的分布不 等分；電刷未主極中心線上；換向極氣隙特別是第二氣隙不合適；換向極繞組或補(bǔ)償 繞組匝間短路等。 無規(guī)律的換向片發(fā)黑換向器工作表面上無規(guī)律的換向片發(fā)黑， 大多是由于機(jī)

20、械方面的原因，使電刷與 換向器表面接觸不良引起的。(2) 換向器產(chǎn)生條紋和溝壑等條紋是指沿?fù)Q向器圓周表面形成的有明暗色調(diào)變化的平行圓環(huán)，其寬度是不規(guī)則的。條紋的繼續(xù)發(fā)展會在換向器表面產(chǎn)生溝槽。條紋的形成是由于電刷接觸面上局部電流比較集中或電刷的機(jī)械摩檫作用， 使局 部薄膜變薄或消失而造成的。電刷接觸面上沉淀有銅離子，或者電刷成膜性能差、結(jié) 構(gòu)不均勻、含有較硬的雜質(zhì)等，均易引起條紋，甚至發(fā)展成為溝槽。(3) 電刷軌痕這是指平行的電刷軌道之間在色調(diào)上的不同。 其主要原因有：同一刷握各并聯(lián)電 刷之間的電流分配不均勻；電刷壓力相差太大；并聯(lián)電刷牌號不同；電刷高度相差太 大；個(gè)別電刷與刷盒連接不良等。(

21、4) 換向片被氧化、有銅毛刺銅毛刺是指在換向片邊緣出現(xiàn)象碎片一樣的毛刺，它們逐漸發(fā)展成薄銅片延伸至 云母槽。銅毛刺繼續(xù)發(fā)展，會使相鄰的換向片短路，此時(shí)銅薄片被燒掉，在兩換向片 邊緣處出現(xiàn)一些麻點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)，可能引起環(huán)火銅毛刺是由于電刷滑行過程中的壓延作用和電刷振動時(shí)的捶擊作用形成的。如果換向器表面沒有形成薄膜層，電刷的摩擦作用顯著增加，在此機(jī)械力的作用下，容易 發(fā)生銅毛刺。此外，電刷在刷盒中間隙過大，運(yùn)行時(shí)電刷接觸面過?。ㄓ袝r(shí)只有30%， 從而使電刷下電流密度和單位壓力大幅度增加，換向器表面由于過熱而產(chǎn)生銅退火， 這時(shí)因壓延作用易產(chǎn)生銅毛刺。（5）換向器表面高度磨光這是指換向器表面的氧化膜被摩擦

22、掉，露出本銅色，拋光發(fā)亮，像鏡面一樣。此 時(shí)，電刷與換向器之間的接觸電阻很小，附加換向電流iK增大，從而使電機(jī)換向惡化。同時(shí)，由于電刷與換向器之間的摩擦增加，電刷會產(chǎn)生高頻振動和異常磨耗，嚴(yán) 重時(shí)，只運(yùn)行幾百公里時(shí)換向器就磨損到限。換向器表面狀態(tài)反映了電機(jī)運(yùn)行是否正常。因此，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常注意和檢查換向器的表面狀態(tài)，觀察薄膜的變化情況，許多牽引電動機(jī)的故障在尚未造成 破壞前，往往可以根據(jù)換向器表面的異常狀態(tài)來進(jìn)行早期診斷，找出故障發(fā)生的原因和部位，及時(shí)進(jìn)行處理，以保證電機(jī)正常運(yùn)行。3.4火花等級在機(jī)車運(yùn)行過程中必然存在換向火花，我國國家標(biāo)準(zhǔn)“電機(jī)基本技術(shù)要求”（GB755 2000）中

23、，對直流電機(jī)換向器上的火花等級作了規(guī)定，見表6-1表6-1火花等級電刷下的火花程度換向器及電刷的狀態(tài)1無火花換向器上沒有黑痕、電刷上沒有灼傷114電刷邊緣僅小部分有微弱 的火花或有微弱放電性火 花112電刷邊緣大部分或全部有輕微的火花換向器上有黑痕出現(xiàn)，但不發(fā)展、用汽油擦其表面能除去，同時(shí)有輕微的灼痕2電刷邊緣大部分或全部有較強(qiáng)的火花換向器上有黑痕出現(xiàn)，用汽油不能擦 去，同時(shí)電刷上有灼痕。如短時(shí)間出現(xiàn) 這一級火花，換向器上不會出現(xiàn)灼痕， 電刷不被燒焦或損壞3電刷整個(gè)邊緣有強(qiáng)烈的火花，同時(shí)有火花飛出換向器上的黑痕相當(dāng)嚴(yán)重，用汽油擦 不去，同時(shí)電刷上有灼痕。如果在這 一級火花下短時(shí)運(yùn)行，則換向器出

24、現(xiàn) 灼痕，同時(shí)電刷被燒焦或損壞直流牽引電動機(jī)和脈流牽引電動機(jī)由于工作條件惡劣，如負(fù)載急劇變化、電網(wǎng)電壓波動、強(qiáng)烈的機(jī)械振動和沖擊、在脈流電壓下工作等，都使電機(jī)換向困難。為了保 證牽引電動機(jī)運(yùn)行可靠，直流牽引電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)的火花等級應(yīng)限制在下述圍：在額定磁場和削弱磁場極位正常上運(yùn)行時(shí)，火花不應(yīng)超過 3/2級；在其他情況下運(yùn)行時(shí)， 火花不應(yīng)超過2級。對于脈流牽引電動機(jī)，其換向條件更為困難，允許在2級火花下 持續(xù)運(yùn)行。此時(shí)，換向器表面將發(fā)黑，但只要不損壞換向器工作表面，這種火花所允 許的。第4章改善換向火花的產(chǎn)生4.1相應(yīng)改善措施1、采用分裂式電刷分裂式電刷是將兩個(gè)同樣的電刷裝在同一刷盒，電刷上端共

25、用一個(gè)橡皮吸震墊。 電刷的電流輸出與整塊電刷相同， 其電阻及電壓降不變，但對換向回路來說卻增加了 兩塊電刷間的接觸面，增加了換向回路的電阻，因而可以減少附加電流。分裂式電刷 的電流輸出與整塊電刷相同，其電阻及電壓降不變，但對換向回路來說卻增加了兩塊 電刷間的接觸面，增加了換向回路的電阻，因而可以減小附加電流。2裝設(shè)換向極改善換向的目的在于消除電刷下的火花。 而產(chǎn)生火花的原因除了電磁原因外， 還 有機(jī)械方面和化學(xué)方面的原因。 從產(chǎn)生火花的電磁原因出發(fā)，選用合適的電刷，增大換向回路的電阻，也可以減小附加換向電阻ik,從而減小電刷下的火花但最有效地方法是使刀e=0,則ik,=0，目前通常采用加裝換向

26、級的方法。加裝 換向級的目的在于在換向元件在處建立一個(gè)磁動勢fK,其一部分用來抵消電樞反應(yīng)磁動勢，剩下部分用來在換向元件所在氣隙處建立磁場BK換向元件切割BK產(chǎn)生換向電動勢eK,且讓eK的方向與er相反，使換向元件中的合成電動勢刀 e=er-eK=0 成為直線換向，從而消除電磁性火花。為此，對換向極的要：(1) 換向極應(yīng)裝在集合中性線處；(2) 換向極的極性應(yīng)使所產(chǎn)生的 FK的方向與電樞反應(yīng)磁動勢的方向相反。由圖21-17可見，電動機(jī)狀態(tài)時(shí)，換向極應(yīng)與逆轉(zhuǎn)向看的相鄰主磁極同極性。而發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)與順轉(zhuǎn)向看的相鄰主磁極同極性。(3) 換向極繞組必須與電樞繞組串聯(lián)，而且換向極磁路不飽和。3、設(shè)置

27、補(bǔ)償繞組牽引電動機(jī)氣隙磁密畸變是由電機(jī)負(fù)載以后的電樞反應(yīng)引起的。因此，防止環(huán)火最有效措施應(yīng)該是盡可能消除電樞磁場引起的氣隙磁密畸變，對于負(fù)載急劇變化和經(jīng)常在磁場削弱下工作的牽引電動機(jī)，最有效的方法是裝置補(bǔ)償繞組。利用補(bǔ)償繞組消 除由于電樞反應(yīng)而引起的氣隙磁場畸變，從而限制片間電壓的最大值，減小產(chǎn)生電位火花的可能性；同時(shí)使換向器電位特性曲線較為平坦，有利于抑制原始火花和電位火 花的擴(kuò)展，大大減小電機(jī)發(fā)生環(huán)火的可能性。為了達(dá)到上述目的，對補(bǔ)償繞組提出下列要求：(1) 補(bǔ)償繞組嵌放在主極極靴上專門沖制的槽，線圈跨接在相鄰兩主極之間；(2) 為了在不同的負(fù)載西都能補(bǔ)償電樞磁勢，補(bǔ)償繞組應(yīng)與電樞繞組相串

28、聯(lián)。(3) 補(bǔ)償繞組產(chǎn)生的磁勢與電樞磁勢的方向相反。圖6-1畫出了電樞磁勢和補(bǔ)償繞組磁勢的波形，兩者基本上能夠補(bǔ)償。但是，由 于在兩主極之間無法安裝補(bǔ)償繞組，故補(bǔ)償繞組磁勢為梯度波(曲線2)，這樣在兩主極之間的電樞磁勢不能全被補(bǔ)償，留下一個(gè)三角形的磁勢波(陰影部分)，該磁勢 可由換向極磁勢補(bǔ)償。對于脈流牽引電動機(jī)，由于補(bǔ)償繞組的交流磁勢可以補(bǔ)償電樞磁勢中的交流磁勢， 改善了交流換向電勢的相位，可有效降低換向元件中的交流剩余電勢， 從而改善了脈 流牽引電動機(jī)的換向。電機(jī)安裝補(bǔ)償繞組后，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了制造及檢修的工作量。因此，只有在換向特別困難的牽引電動機(jī)中采用，國產(chǎn)ZD105 ZD115型

29、脈流牽引電動機(jī)均采用 了補(bǔ)償繞組圖6-1有補(bǔ)償繞組的磁勢應(yīng)當(dāng)指出，牽引電動機(jī)雖然在設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上采取了一定的措施來防止環(huán)火的發(fā)生，但在實(shí)際運(yùn)行中仍有可能發(fā)生環(huán)火。 為了減輕環(huán)火后的破壞性影響，在牽引電動 機(jī)的結(jié)構(gòu)和線路上也采取了相應(yīng)的措施，例如：（1）換向器前端云母環(huán)3°面露出部分用耐弧性能好的聚四氟乙烯板覆蓋，使得 環(huán)火時(shí)不致燒毀前端云母環(huán)。（2） 在電機(jī)刷盒側(cè)壁與刷架圈之間設(shè)放電間隙，在環(huán)火尚未發(fā)展到十分嚴(yán)重程度 時(shí)，使放電間隙擊穿，電弧不經(jīng)過前端云母環(huán)。（3）采用快速動作斷路器。若快速斷路器在電弧擴(kuò)展到相鄰電刷之前切斷電路， 能起到防止環(huán)火的作用。即使在環(huán)火發(fā)生后切斷電路，也能減

30、小電機(jī)的損壞 程度。4、移動電刷改善換向?qū)τ谟邪惭b換向極、轉(zhuǎn)速固定、負(fù)載穩(wěn)定的小型直流電機(jī)，可用移動電刷位置的方法改善換向4.2預(yù)防換向火花過大的方法1、電刷的硬度既不能太硬也不能太軟太硬則會加快換向器表面的磨損，使表面產(chǎn)生凹槽，造成換向器與電刷的接觸不 良，產(chǎn)生火花；太軟則分流不均致使個(gè)別電刷發(fā)熱損壞。2、電刷和換向器表面吻合電刷在使用前最好將其放在與換向器圓周等大小的模具上研刮，使其下端面形成凹窩，并通過觀察擦痕進(jìn)行修刮，使電刷磨損加快易在換向器表面形成炭膜， 使火花 拉長。因此盡可能按照制造廠家使用說明書提供的牌號來選擇；其次要注意電刷的尺寸大小要合適，在刷握的每邊都應(yīng)留有 0.20mm

31、左右的間隙，但不能太大，只要能夠 自由地上下移動即可。同一列電刷的牌號要一致，以免因其與換向器表面完全吻合， 保證接觸良好。3、及時(shí)更換電刷電刷磨損過分嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致壓簧壓力不足， 致使電刷與換向器接觸不緊密而產(chǎn)生 火花，因此應(yīng)及時(shí)更換電刷和刷握彈簧。 一般電刷磨損大于3/4時(shí)應(yīng)予以更換；壓簧 使用久了，也會因溫度效應(yīng)使彈性逐漸減弱，發(fā)現(xiàn)彈簧彈性減弱時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。4.3脈流牽引電動機(jī)換向的特點(diǎn)關(guān)于脈流牽引電動機(jī)我們拿 ZD105為例所示，本電機(jī)用于SS7電力機(jī)車作牽引電動機(jī)。六極中壓電機(jī)，每極磁通小、因此體積小、重量輕、功率大。電壓電流比完全符合1歐姆原則。此電機(jī)采用全迭片機(jī)座，可改善脈流換向，

32、減少速率特性偏差，降低定子溫升。滾動抱軸承可靠性高、復(fù)勵(lì)牽引電動機(jī)，粘著性好，不易空轉(zhuǎn)、可無極磁場 削弱，再生制動時(shí)不用轉(zhuǎn)換主電路。有刷架圈，正、反轉(zhuǎn)速率偏差可控制在1%,刷握彈簧壓力可調(diào)，壓力偏差可降低為正3%，電樞線圈采用交叉豎放，可減少漏磁導(dǎo)，降低電抗電勢。1、交流電抗電勢交流電抗電勢是由電樞電流交流分量換向產(chǎn)生的。2、變壓器電勢變壓器電勢是由主極磁通交變分量的作用，在換向元件中感應(yīng)的電勢。脈流牽引電動機(jī)通常采用固定分路電阻以降低主磁通的脈動程度。3、交流換向電勢交流換向電勢是換向元件切割換向區(qū)合成的交變磁通而產(chǎn)生的，其大小取決于 換向區(qū)磁通的數(shù)值，相位與交變磁通相同。4、換向元件中的交

33、流合成電勢過大的剩余電勢是引起脈流牽引電動機(jī)換向困難的根本原因。因此，要改善脈流牽引電動機(jī)的換向，就要盡可能地減小交流剩余電勢。4.4改善換向方法1、減小交流電勢的數(shù)值（1）減小交流電抗電勢er（2）減小變壓器電勢et2、改善交流換向電勢ek的相位（1）換向極鐵心采用電工鋼片疊制（2）機(jī)座壁敷設(shè)磁橋（3）減小換向極漏磁通（4）采用全疊片或半疊片機(jī)座3、選擇合適的變壓器電勢補(bǔ)償不平衡電勢由換向元件各交流電勢的相位關(guān)系可見，變壓器電勢與交流電抗電勢的相位幾乎 是相反的，因此可利用來抵消。實(shí)踐證明，這是積極有效的辦法為了使在數(shù)值上和相 位上都能補(bǔ)償，必須選擇合適的固定磁場削弱系數(shù)的變壓器電勢補(bǔ)償不平

34、衡電勢。由 換向元件各交流電勢的相位關(guān)系可見，變壓器電勢與交流電抗電勢的相位幾乎是相反 的，因此可利用來抵消實(shí)踐證明，這是積極有效的辦法為了使在數(shù)值上和相位上都 能補(bǔ)償,必須選擇合適的固定磁場削弱系數(shù)。4、米用感應(yīng)分路采用固定分路電阻改善脈流牽引電動機(jī)換向時(shí)，即使選擇一個(gè)合適的B,也只能滿足一種額疋的運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)閑的大小與電機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，而Er和Ek隨之而變化, 當(dāng)電機(jī)進(jìn)入磁場削弱時(shí)，相位角 al相應(yīng)的增大，et的相位落后，這樣就破壞了原有 各交流電勢之間的平衡關(guān)系，影響電機(jī)的換向，為了改善脈流牽引電動機(jī)高速運(yùn)行時(shí) 的換向。通常在磁場削弱電阻串聯(lián)一個(gè)換向器， 整個(gè)磁場分路稱為感應(yīng)分路。在牽引

35、 電動機(jī)的主極串勵(lì)繞組上并聯(lián)固定分路電阻因?yàn)椴⒙?lián)分路電阻后，主極串勵(lì)繞組可以認(rèn)為是一個(gè)無電阻純電感電路，而固定分路電阻可以認(rèn)為是一個(gè)無電感純電阻電路。 這樣電樞通過脈動電流時(shí)，其部分交流分量通過了電阻電路， 直流分量大部分通過主 極串勵(lì)繞組，使主極串勵(lì)繞組的脈動成分大大減少， 降低了電機(jī)換向元件的變壓器電 勢，改善了牽引電動機(jī)的工作條件。牽引電動機(jī)磁場削弱的程度可用磁場削弱系數(shù) 來表示，即F 磁場削弱時(shí)勵(lì)磁繞組的磁勢Ff 滿磁場時(shí)勵(lì)磁繞組的磁勢。5、加裝平波電抗器在單相交流電網(wǎng)供電的電力機(jī)車上，大多數(shù)加裝平波電抗器整流后供電給牽引電動機(jī)（如圖7-1 ）平波電抗器用于整流以后的直流回路中。整流電

36、路的脈波數(shù)總是有 限的，在輸出的整直電壓中總是有紋波的。 這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制,加在牽引電動機(jī)兩端的電壓為脈動電壓，流過牽引電動機(jī)各繞組的電流為脈動電流，由這種方式供電的牽引電動機(jī)稱為脈流牽引電動機(jī)。其電壓、電流都是脈動的，包括直流分量和交流分量。因?yàn)橹绷鞣至渴侵饕煞?，所以脈流牽引電動機(jī)本質(zhì)上仍是直 流牽引電動機(jī)，其結(jié)構(gòu)和工作特性與直流牽引電動機(jī)相仿。但是，由于交流分量的存在，給電動機(jī)工作帶來新的問題，如溫升較大，換向惡化較易產(chǎn)生環(huán)火，故在電力機(jī) 車牽引電路中加裝平波電抗器可以有效的抑制脈流牽引電機(jī)的環(huán)火問題。環(huán)火是電動機(jī)常見故障。由于臟污或受潮，使得換向器或繞組與

37、機(jī)殼間的絕緣表 面產(chǎn)生泄露，如絕緣刷桿、換向器云母環(huán)、換向器升高片等處的污染，當(dāng)這些地方的 絕緣電阻降到不能承受電壓時(shí)， 就會發(fā)生擊穿、短路，使得電流不是沿著電樞繞組而 是橫跨換向片流通，即發(fā)生環(huán)火。4.5環(huán)火的定義是由于電磁或機(jī)械原因引起電刷下原始電弧擴(kuò)展到正、負(fù)電刷，直接通過空氣導(dǎo)電而短路。4.6引起環(huán)火常見情況1、電動機(jī)回路有大電流沖擊，如在帶電情況下反向器誤動作（帶電換向）；2、機(jī)車手柄提得過快過猛，負(fù)載急劇變化；3、電刷銅辮子突然碰機(jī)殼；4、正負(fù)刷架聯(lián)線因絕緣損傷而突然短路。4.7防止環(huán)火的措施1、限制換向器圓周上的電位梯度和最大片間電壓值當(dāng)云母片厚度為0.8mm 時(shí)，k max35

38、V；當(dāng)云母片厚度為1.0mm 時(shí)，k max37 40V;當(dāng)云母片厚度為1.2mm 時(shí)，k max4043V;當(dāng)云母片厚度為1.5mm 時(shí)，k max43 45V.2、采用適當(dāng)?shù)闹鳂O極靴化形狀偏心氣隙部分?jǐn)U氣隙3、選擇適當(dāng)?shù)臉O弧系數(shù)極弧系數(shù)的計(jì)算式為：-式中 b 極弧長度極距4、設(shè)置補(bǔ)償繞組 補(bǔ)償繞組嵌放在主極極靴上專門沖制的槽，線圈跨接在相鄰兩主極之間 為了在不同的負(fù)載下都能補(bǔ)償電樞磁勢，補(bǔ)償繞組應(yīng)與電樞繞組相串聯(lián) 補(bǔ)償繞組產(chǎn)生的磁勢與電樞磁勢的方向相反。第5章建議5.1應(yīng)用方面嚴(yán)禁逆電操作對電機(jī)全面清潔保，經(jīng)調(diào)查從故障產(chǎn)生的機(jī)理看，有人為因素、亦 有非人為因素、有的需要廠家解決、有的需要運(yùn)

39、用段解決，只要采用科學(xué)合理的手段， 牽引電機(jī)的環(huán)火故障一定減小。 機(jī)車牽引電機(jī)在運(yùn)用中機(jī)車乘務(wù)員應(yīng)及時(shí)檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)碳刷不良燒損或刷握不良時(shí)應(yīng)及時(shí)更換整修，瞬時(shí)過電壓引起電機(jī)環(huán)火時(shí)，在機(jī)車運(yùn)用過程中要求乘務(wù)員應(yīng)正確操作、提前撒砂、防止空轉(zhuǎn)。不斷加強(qiáng)乘務(wù)員的業(yè)務(wù)素 質(zhì)，提高其對電機(jī)環(huán)火危害的認(rèn)識和學(xué)會相應(yīng)的預(yù)防措施。5.2檢修方面在小、輔修作業(yè)過程中，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，過渡裝置在試驗(yàn)臺上試驗(yàn)后嚴(yán)格按工藝要求校定數(shù)值，使機(jī)車過渡時(shí)電流電壓在最理想的數(shù)據(jù)狀態(tài)下；在碎修、臨修中過渡箱故障時(shí)及時(shí)組織檢修，盡量使乘務(wù)員減少使用手動過渡的機(jī)會。 在作業(yè)中認(rèn)真檢查電 機(jī)通風(fēng)通道、帆布，使之清潔暢通，及時(shí)清洗、吹掃電機(jī)

40、部，使之清潔無油水污物； 嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，對絕緣阻值低的電機(jī)，采取如清洗烘干等有力措施，防止故障的 擴(kuò)大。針對靜液壓系統(tǒng)和啟動齒輪箱漏油易進(jìn)入牽引電動機(jī)的情況，發(fā)現(xiàn)有漏油部位，都進(jìn)行重點(diǎn)整修，及時(shí)找出原因，消滅跑冒滴漏現(xiàn)象。針對電機(jī)絕緣引起老化的原因 可采取如下措施：認(rèn)真檢查電機(jī)通風(fēng)通道、帆布，使之清潔暢通，及時(shí)清洗、吹掃電 機(jī)部，使之清潔無油水污物；嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，對絕緣阻值低的電機(jī)，采取如清洗 烘干等有力措施，防止故障的擴(kuò)大。嚴(yán)禁不同牌號、不同尺寸的電刷混裝（最好同時(shí) 更換，以保證各電刷壓力均勻）。電刷裝配前要進(jìn)行硬度分選，采用硬度HR值相近的電刷裝于同一臺電動機(jī)上，可克服電動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)引起的電動機(jī)環(huán)火。 另外還要檢 查電刷尺寸，以保證電刷與刷盒孔裝配間隙符合要求（沿電刷厚度方向間隙0.070.26伽，沿電