直流電機(jī)產(chǎn)生環(huán)火如何應(yīng)對(duì)

馬躍躍

（西安西電光電纜有限責(zé)任公司，陜西 西安 710082）

直流電機(jī)產(chǎn)生環(huán)火如何應(yīng)對(duì)

馬躍躍

（西安西電光電纜有限責(zé)任公司，陜西 西安 710082）

電機(jī)在某些惡劣的負(fù)載條件下運(yùn)行時(shí)，正負(fù)極性電刷之間可能形成一股強(qiáng)烈的環(huán)形電弧，同時(shí)伴有閃光和巨響，這種現(xiàn)象稱為“環(huán)火”或“放炮”。近年來(lái)，隨著拉線設(shè)備不斷更新，繼電回路已全部數(shù)字化，設(shè)備操作的準(zhǔn)確、安全、可靠性大幅提高。但是拉線驅(qū)動(dòng)元件仍然采用大型直流電機(jī)，對(duì)主電機(jī)產(chǎn)生的環(huán)火故障有必要進(jìn)行深入研究，為以后電機(jī)維護(hù)提供理論指導(dǎo)方法。

直流電機(jī)；換向器；電刷；電弧

1 故障現(xiàn)象

2010年8 月，大拉機(jī)主電機(jī)在開(kāi)車過(guò)程中突然出現(xiàn)速度不穩(wěn)定，聲音異常，電網(wǎng)電壓、電流波動(dòng)范圍增大，發(fā)現(xiàn)電機(jī)換向器形成電弧伴有強(qiáng)烈放炮聲，最終產(chǎn)生設(shè)備故障。

2 故障分析

2.1 產(chǎn)生電機(jī)環(huán)火的原因

當(dāng)電機(jī)承受太大的沖擊負(fù)荷或發(fā)生突然短路故障時(shí)，換向極磁路在暫態(tài)過(guò)程中的渦流阻尼效應(yīng)將使換向器處于嚴(yán)重延遲狀態(tài)，后刷邊可能出現(xiàn)電弧，并隨著換向器的旋轉(zhuǎn)而機(jī)械地拉長(zhǎng)。當(dāng)電弧被拉長(zhǎng)至某換向器k，具有長(zhǎng)度lg時(shí)，若換向片k與電刷之間的電位差Vk小于維持該長(zhǎng)度電弧不熄所必須的電弧電壓Ug，則電弧將自行熄滅；但若一次熄弧后，由于空氣已被電離，接著所產(chǎn)生的電弧更為強(qiáng)烈，使維持該長(zhǎng)度電弧不熄所必須的電壓Ug下降，當(dāng)Vk＞Ug電弧將維持不熄，有繼續(xù)被拉長(zhǎng)的可能。另一方面，電樞電流的急劇增加使氣隙磁場(chǎng)畸變更為嚴(yán)重，換向器片間電壓的最大值將顯著增加，由于片間積聚有碳粉和金屬粉末，將在某些換向片之間產(chǎn)生電位差火花或電弧。電位差火花和電弧使周圍空氣電離，并在電離氣體內(nèi)壓力和電動(dòng)力的作用下擴(kuò)展。若電弧擴(kuò)展所及的兩換向片N和K之間的電位差Vnk足以維持電弧不熄，則它將有可能繼續(xù)擴(kuò)展。在一定條件下，電刷火花和電位差火花就可能匯合在一起，發(fā)展成為一股跨越正負(fù)極性電刷之間的電弧，形成環(huán)火。

產(chǎn)生環(huán)火的原因及形成過(guò)程比較復(fù)雜。在某些情況下，即使負(fù)載穩(wěn)定，換向良好，僅由于片間電壓過(guò)高也可能形成環(huán)火；甚至在空載情況下，由于換向器表面不干凈或換向片邊緣存在毛刺引起尖端放電而出現(xiàn)環(huán)火。

2.2 查找環(huán)火產(chǎn)生的故障源

通過(guò)理論上對(duì)電機(jī)產(chǎn)生環(huán)火的學(xué)習(xí)，實(shí)施對(duì)電機(jī)故障點(diǎn)查找，方法如下：（1）拆開(kāi)電機(jī)換向器刷架處防護(hù)罩，使用萬(wàn)用表或搖表對(duì)電機(jī)電源線和電刷架處進(jìn)行絕緣檢測(cè)，對(duì)地電阻值為4兆歐符合電機(jī)絕緣標(biāo)準(zhǔn)，表明電機(jī)電源線和電刷架絕緣完好。（2）換向器表面有輕微電弧傷，表面損傷不重。電刷因環(huán)火原因使表面局部碳化損傷。換向器表面不光滑，電刷壓簧不緊，會(huì)造成電刷表面與換向器接觸不良，可產(chǎn)生機(jī)械火花。電刷表面磨損嚴(yán)重有碎片脫離，可產(chǎn)生化學(xué)火花。上述兩種火花嚴(yán)重均可造成電機(jī)環(huán)火。（3）通過(guò)肉眼觀察，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸對(duì)換向器進(jìn)行檢查。換向器片間與轉(zhuǎn)子繞組接線是否牢固，是否有開(kāi)焊或摔錫現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有兩根接線脫焊，使用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，確定導(dǎo)線與片間斷開(kāi)。由于換向器片間與轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)線分離，造成轉(zhuǎn)子繞組不均勻，使電壓、電流變化發(fā)生巨變，產(chǎn)生火花，空氣電離，形成電機(jī)環(huán)火。從而找出此次電機(jī)產(chǎn)生環(huán)火故障點(diǎn)。

3 故障排除

（1）使用120號(hào)砂紙對(duì)換向器表面進(jìn)行打磨清污處理，要求換向器表面打磨光滑沒(méi)有碳污。（2）電刷要拆卸下來(lái)檢查，表面不光碳化處，要用砂紙打磨光滑方可使用。損壞嚴(yán)重的需更換新電刷。（3）使用300W電烙鐵對(duì)片間導(dǎo)線脫線處進(jìn)行錫焊焊接，脫焊處焊接必須牢固可靠絕緣良好。由于焊接處截面比較大，單個(gè)烙鐵熔錫熱量不夠，可采取汽油噴燈對(duì)烙鐵中部加熱，使烙鐵頭部熱量加大，焊錫熔化快，焊接牢固。（4）當(dāng)焊接完成后，使用絕緣快干漆涂抹焊接處，保證絕緣等級(jí)。（5）使用1.5毫米刮刀片對(duì)電機(jī)換向器片間進(jìn)行拉槽處理，要求片與片之間絕緣可靠，不允許短路。拉槽處理后，用120號(hào)砂紙對(duì)換向器表面進(jìn)行打磨，直到片間手感平滑為止。用風(fēng)管吹凈粉塵污垢。（6）使用萬(wàn)用表對(duì)換向器片間電阻進(jìn)行測(cè)試，電阻值為0.04歐，電機(jī)檢修完成。

4 試車

通過(guò)對(duì)電機(jī)修理后，首先進(jìn)行空載試車，觀察換向器與電刷之間有無(wú)打火現(xiàn)象，確認(rèn)正常后，再進(jìn)行加載試車，觀察有無(wú)打火。這時(shí)電樞電壓260伏、電流350安電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，蓋好電機(jī)防護(hù)罩，交給生產(chǎn)工人使用設(shè)備。

5 制定日常巡檢維護(hù)制度

定期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(shí)分析原因，并作相應(yīng)處理；定期檢查換向器表面是否有污染、毛刺、斑痕或拉傷溝紋。常用干燥的風(fēng)吹掃換向器表面；如有油污，可用酒精布搽干凈，燒痕可用120砂紙打磨光滑；定期檢查電刷磨損狀況，檢查接觸面是否光滑、是否有接觸不良現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改；檢查電刷與刷盒之間的間隙是否合適，如果臟污使電刷卡死，應(yīng)及時(shí)清理，使電刷保持良好活動(dòng)狀態(tài)；檢查電刷壓簧，如壓緊力不夠，更換新壓簧。

6 總結(jié)

通過(guò)本次電機(jī)環(huán)火維修實(shí)踐，認(rèn)識(shí)到環(huán)火相當(dāng)于電樞繞組通過(guò)電刷直接短路，具有很大的破壞性，它會(huì)灼傷換向器表面與電刷，甚至使電樞繞組燒毀，電弧換可能造成電機(jī)接地，電弧強(qiáng)烈閃光甚至?xí)Σ僮髡哐劬徒】怠－h(huán)火形成是因?yàn)槭走x產(chǎn)生火花，當(dāng)火花變大短路就形成環(huán)火。產(chǎn)生火花原因有3個(gè)方面，即電磁原因、機(jī)械原因和化學(xué)原因。在理論知識(shí)的指導(dǎo)下，準(zhǔn)確找出換向器片間與轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)線分離，造成轉(zhuǎn)子繞組不均勻，使電壓、電流變化發(fā)生巨變，產(chǎn)生火花，空氣電離，形成電機(jī)環(huán)火。從而找出此次電機(jī)產(chǎn)生環(huán)火故障點(diǎn)。成功地解決了直流電機(jī)環(huán)火故障，使連續(xù)退火大拉機(jī)順利投入使用。

[1]電機(jī)工程手冊(cè)[R].第四卷電機(jī)機(jī)械工程手冊(cè)，電機(jī)工程手冊(cè)委員會(huì)，1982，8.

TM32

A

1003-5168(2014)03-0086-01