直流電機產(chǎn)生環(huán)火如何應對

馬躍躍

（西安西電光電纜有限責任公司，陜西 西安 710082）

直流電機產(chǎn)生環(huán)火如何應對

馬躍躍

（西安西電光電纜有限責任公司，陜西 西安 710082）

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

直流電機；換向器；電刷；電弧

1 故障現(xiàn)象

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

2 故障分析

2.1 產(chǎn)生電機環(huán)火的原因

當電機承受太大的沖擊負荷或發(fā)生突然短路故障時，換向極磁路在暫態(tài)過程中的渦流阻尼效應將使換向器處于嚴重延遲狀態(tài)，后刷邊可能出現(xiàn)電弧，并隨著換向器的旋轉(zhuǎn)而機械地拉長。當電弧被拉長至某換向器k，具有長度lg時，若換向片k與電刷之間的電位差Vk小于維持該長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)生的電弧更為強烈，使維持該長度電弧不熄所必須的電壓Ug下降，當Vk＞Ug電弧將維持不熄，有繼續(xù)被拉長的可能。另一方面，電樞電流的急劇增加使氣隙磁場畸變更為嚴重，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)壓力和電動力的作用下擴展。若電弧擴展所及的兩換向片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)火的原因及形成過程比較復雜。在某些情況下，即使負載穩(wěn)定，換向良好，僅由于片間電壓過高也可能形成環(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

通過理論上對電機產(chǎn)生環(huán)火的學習，實施對電機故障點查找，方法如下：（1）拆開電機換向器刷架處防護罩，使用萬用表或搖表對電機電源線和電刷架處進行絕緣檢測，對地電阻值為4兆歐符合電機絕緣標準，表明電機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，會造成電刷表面與換向器接觸不良，可產(chǎn)生機械火花。電刷表面磨損嚴重有碎片脫離，可產(chǎn)生化學火花。上述兩種火花嚴重均可造成電機環(huán)火。（3）通過肉眼觀察，轉(zhuǎn)動電機軸對換向器進行檢查。換向器片間與轉(zhuǎn)子繞組接線是否牢固，是否有開焊或摔錫現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有兩根接線脫焊，使用萬用表進行測量，確定導線與片間斷開。由于換向器片間與轉(zhuǎn)子繞組導線分離，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，形成電機環(huán)火。從而找出此次電機產(chǎn)生環(huán)火故障點。

3 故障排除

（1）使用120號砂紙對換向器表面進行打磨清污處理，要求換向器表面打磨光滑沒有碳污。（2）電刷要拆卸下來檢查，表面不光碳化處，要用砂紙打磨光滑方可使用。損壞嚴重的需更換新電刷。（3）使用300W電烙鐵對片間導線脫線處進行錫焊焊接，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，單個烙鐵熔錫熱量不夠，可采取汽油噴燈對烙鐵中部加熱，使烙鐵頭部熱量加大，焊錫熔化快，焊接牢固。（4）當焊接完成后，使用絕緣快干漆涂抹焊接處，保證絕緣等級。（5）使用1.5毫米刮刀片對電機換向器片間進行拉槽處理，要求片與片之間絕緣可靠，不允許短路。拉槽處理后，用120號砂紙對換向器表面進行打磨，直到片間手感平滑為止。用風管吹凈粉塵污垢。（6）使用萬用表對換向器片間電阻進行測試，電阻值為0.04歐，電機檢修完成。

4 試車

通過對電機修理后，首先進行空載試車，觀察換向器與電刷之間有無打火現(xiàn)象，確認正常后，再進行加載試車，觀察有無打火。這時電樞電壓260伏、電流350安電機運行平穩(wěn)，蓋好電機防護罩，交給生產(chǎn)工人使用設(shè)備。

5 制定日常巡檢維護制度

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，應及時分析原因，并作相應處理；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)問題及時整改；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，應及時清理，使電刷保持良好活動狀態(tài)；檢查電刷壓簧，如壓緊力不夠，更換新壓簧。

6 總結(jié)

通過本次電機環(huán)火維修實踐，認識到環(huán)火相當于電樞繞組通過電刷直接短路，具有很大的破壞性，它會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接地，電弧強烈閃光甚至會傷害操作者眼睛和健康。環(huán)火形成是因為首選產(chǎn)生火花，當火花變大短路就形成環(huán)火。產(chǎn)生火花原因有3個方面，即電磁原因、機械原因和化學原因。在理論知識的指導下，準確找出換向器片間與轉(zhuǎn)子繞組導線分離，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，形成電機環(huán)火。從而找出此次電機產(chǎn)生環(huán)火故障點。成功地解決了直流電機環(huán)火故障，使連續(xù)退火大拉機順利投入使用。

[1]電機工程手冊[R].第四卷電機機械工程手冊，電機工程手冊委員會，1982，8.

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1003-5168(2014)03-0086-01