改善电力机车脉流牵引电动机换向的措施分析报告

题 目：改善电力机车脉流牵弓丨 电动机换向的措施分析 院系： 专业：_姓名：指导教师：西南交 通大学网络教育学院院系专业年级学号姓名学习中心指导教师题目 改善电力机车脉流牵引电动机换向的措施分析指导教师评 语是否同意答辩 过程分（满分20）指导教师（ 签章）评阅人评 语评阅人 （签章）成 绩答辩组组长（签章）毕业论文任务书班级学生学号题 目改善电力机车脉流牵引电动机换向的措施分析1、 本论文的目的、 意义在机车运行中，因受多种因素影响， 乘务员无法预见牵引电机火花前的特征，因而不能防止牵引电机火花的发生，这样令机务部门十分头疼。为了减少和防止直流电机故障,本人将在下文通过分析直流电机换向火花产生的原因以及预防措施提出自己的看法与探讨。2、学生应完成的任务 第一步：在全面掌握有关理论的基础上积极着手收集资料，拟定该论文大纲；第二步：依据指导老师修改后的论文提纲撰写论文；第三步:向指导老师提交论文初稿；第四步:依据老师的指导对论文进行反复修改；第五步:论文疋稿并对论文进行装订；第六步:对论文答辩进行准备。3、 论文各部分容及时间分配：（共周）第一部分直流电机的结构（周）第二部分直流电机的工作原理（ 周）第三部分换向的定义及换向的物理意义（ 周）第四部分换向火花产生的原因（周）第五部分脉流牵引 电动机换向特点及改善换向的方法（周）第六部分一建议（周）评阅及答辩（周）4、参考文献1朱利湘.机车电传动.西南交通大学，19922张龙.电力机车电机中国铁道出版社2003 年3华平.机车电机 中国铁道出版社2003年4莫坚.电力机车检修中国铁道出版社2008 年5 张龙.ss7电力机车电机.南宁铁路局，1989年6 许顺隆 徐朝阳.轻松学电机.中国电力出版社.2008备 注指导教师： 年月日审批人： 年月日诚信承诺、.二、本论文是本人独立完成；本论文没有任何抄袭行为；三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩资格。承诺人（钢笔填写）：年 月 日摘 要I第1章 绪论1第2章直流电机2第3章换向火花产生的原因及等级 53.1 电磁原因53.2 机械原因63.3 化学原因7第4章改善换向火花的产生 104.1 相应改善措施104.2 预防换向火花过大的方法134.3 脉流牵引电动机换向的特点 134.4 改善换向方法144.5 环火的定义164.6 引起环火常见情况 164.7 防止环火的措施16第5章 建议175.1 应用方面175.2 检修方面175.3 保养方面18结束语19致 20参考文献21摘要为了使机车具有优良的牵引性能，保证牵引电动机的质量是非常关键的环节，总结脉 流电动机在运用中出现的故障情况，正确的防止电动机在运行过程中出现的不良现象，就 必须采取相对应的措施，改善电动机的结构和环节，保障电力机车良好的运行状态，将火 花故障降到最低限度，从而保障电力机车良好的运行状态。现在我们就以脉流牵引电动机 ZD105为例，来分析其运行过程中的不良影响及改善脉 流牵引电机的换向措施。关键词：牵引电机换向火花原因分析改善措施建议第1章绪论环火是指牵引电动机正负电刷之间被强烈的大电弧所短路。飞弧是指电弧跨越换向器或电刷装置表面，飞跃到换向器压圈、前端盖、磁极铁心或机座等处而接地。环 火或飞弧发生时，相当于电枢绕组处于短路状态，而电动机继续转动切割磁力线后将 处于发电状态，因而会伴有很大的响声，俗称“放炮”，电机放炮还会产生巨大的冲 击振动。轻则使换向器表面留下铜毛刺或刷杆绝缘表面出现明显灼痕，重则可使电枢绕组出现严重烧损或甩出（俗称“扫膛”），也会使轮箍踏面造成严重擦伤。该故障 是电力机车在运用中发生的故障之一。 在机车运行中，因受多种因素影响，乘务员无 法预见牵引电机环火前的特征，因而不能防止牵引电机环火的发生， 容易产生电机烧 损或烧坏，影响了机车的运行质量。总结直流电机在运用中出现的故障情况， 采取正确的运用保养措施是减少和防止 直流电机故障的有效途径。现机务段中服役的电力机车机车有SS3 SS7等，它们都是靠ZD-105型电力牵引电动机为主，若牵引电机出现环火等故障，则直接影响铁路 的正常运行秩序。现以机务段ZD-105型牵引电动机的故障情况为例，来分析该型牵引电动机的故 障机理。如下表1-1示：表1-1牵引电动机的故障落修原因1999-200020012002200320042005合计比例/%电机还火5422542217.5主极接地3414341915.1换向极接地3343421915.1电枢接地00223186.3整流子拉伤3342321713.5断线2284132015.9漏油甩油010522107.9轴承固死302321118.7合计191723252319126100SS3 SS7台牵引电动机均安装在机车底部， 不但启动停车频繁，运行中振动大 而且安装空间狭小，又要承受风沙、雨、雪及灰尘的侵袭，使用条件非常恶劣，因而 极易发生故障。综合分析可知，该电机的主要故障为：电机环火；（2）绝缘破损（主、附极、电枢接地）；（3）轴承固死；绕组间或引出线、刷架联线的断裂等。本论文主要浅谈电机换向的措施，只与其中电机的环火有关所以只讨论电机环火 这一故障及其改善和处理的方法。将在下文通过分析直流电机换向火花产生的原因以 及预防措施提出自己的看法，为了更好地说明问题，首先从直流电机的结构和原理谈 起。第2章直流电机作为一种旋转电机的直流电动机，其结构与三相异步电动机基本相似， 其结构主 体也包括定子和转子两大部分。直流电动机的结构如图所示，包括四大组成部分：（一）定子由主磁极、换向极和机座三部分组成，是用来产生磁通和进行机械固定。图2-1直流电机组成部分（二）转子由电枢铁心、电枢绕组和换向器三部分组成（亦称电枢）用来产生电动势（三）端盖做成一端盖上有轴承以支撑电机转子旋转，端盖固定在机座的两端，使电动机 个整体。（四）电刷架电刷架装在端盖上，电刷与换向器相接触。其中，电枢绕组由按一定规律联接的 线圈组成，是直流电动机中复杂而重要的电路部分， 也是通过电流和产生感应电动势、 从而实现机电能量转换的关键部件。（五）换向器亦称整流子，起整流作用，它由楔形铜片所组成，彼此绝缘，如图所示。安装于 转轴上，是直流电动机的构造特征。（六）工作原理导体受力的方向用左手定则确定。 这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩， 转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方 向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩 （例如由摩擦引起的阻转矩以及其 它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。图 3-1-1图 3-1-2如上图3-1-1和3-1-2，当电枢转了 180后，导体cd转到N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体cd、ab后，从电刷B流出。这时导体cd受力方向变为从右向左,导体ab受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体ab和cd流入，使线圈边只要处于N极下，其过电流的方向总是由电刷 A流 入的方向，而在S极下总是从电刷B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的 电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就 是直流电动机的工作原理。从上述原理我们可以看出，换向是直流电机的特有现象，在换向过程中，换向 火花是不可避免的，那么产生换向火花产生与哪些因素有关呢？这还需了解换向的物 理过程。（七）换向的定义几物理意义直流电机的换向是指旋转着的电枢元件， 在被电刷短路的情况下，经过几何中性 线（电刷在磁极轴线上）从一支路过渡到另一支路，元件中的电流由前一支路电流变 为后一支路电流的过程。正在进行换向的元件称为换向元件。 换向是直流电机特有的 过程。电力机车在运行过程中，电机部当线圈通过电流后，会在永磁铁的作用下，通过 吸引和排斥力转动，当它转到和磁铁平衡时，原来通着电的线较对应换向器上的触片 就与电刷分离开，而电刷连接到符合产生推动力的那组线圈对应的触片上，这样不停的重复下去，直流电动机就转起来了。为了解每个电枢元件种电流换向的过程，以一个单叠绕组元件为例来纪进行分析。为了简便起见，假设电刷宽度 bb等于一个换向片片距bk，电刷固定不动，换向 器以线速度vk向左移动。所讨论的换向元件用粗线表示，它和换向片 1及二相接. 如图4-1示。图4-1第3章换向火花产生的原因及等级直流电机运行中产生火花的原因较复杂， 主要原因3个方面：电磁原因；机 械原因；化学原因。3.1电磁原因这是换向火花产生的主要原因。产生换向火花的电磁原因主要是由于电枢反应使物理中性线偏离几何中性线（对称负载时，电枢磁动势对主极磁场基波产生的影响，这种现象称为电枢反应），这样 一来电刷所短接的处于几何中性线上的换向元件在换向时其两个边感应的电动势不 为零，在电刷短接时就会产生换向火花。 如前所述，换向元件的电磁过程使换向回路 产生电势、附加电流，并导致了电刷后刷边的电流密度增大和迟后换向。 迟后换向时， 换向元件周围将存在附加电流建立的磁场， 在换向结束时，这种磁场的一部分能量会 以电磁火花的形式通过后刷边释放出来，造成电刷后刷边火花严重，从而形成环火。在换向回路中的电势也是产生电磁原因：1、电抗电势ek电枢绕组元件过电流时，在元件的槽部和端部将产生漏磁通。根据电磁感应定律， 当闭合回路中磁链变化时，将产生反电势，力图阻止磁链的变化，即阻止电流的变化， 这种反电势称为电抗电势。电抗电势er的方向与换向前的电流方向一致，即换向元件 中电抗电势er的作用是阻碍电流换向的。2、电枢反应电势e电机负载运行时，除了主磁场外，还存在电枢磁场，如图 5-1所示。在几何中心 线处，主磁场等于零，但存在着较强的电枢磁场。当电枢旋转时，处于几何中心线上 的换向元件，将切割交轴电枢磁场而产生电枢反应电势 ea。根据右手定则可以判断的方向也是与换向前的电流方向相同，即 爲和er方向一致，都是阻碍电流换向的图5-1电枢反应电动势3、换向电势ek上述所讨论的两个电势er和ea，是没有安装换向极的电机中换向元件所感应的 电势，它们都是阻碍电流换向的。为了改善换向，容量在1kW以上的直流电机都安装 有换向极，换向极安装在几何中心线上。换向极极性应正确，以使它的磁势与交轴电 枢反应磁势相反，如图3所示。这样，当换向元件切割换向极磁场时，感应产生换向 电势ek，其方向与er和ea相反，用来抵消er和ea对换向的不利影响。因此，当电 机换向时，换向元件回路合成电势等于以上电势之和，即e=er +ea- ek。当换向电势选择的合适，使刖=寄+办，恰好可以相互抵消时，换向元件中的合成电势e=0，此时电机能得到满意的换向。如果换向极磁场不合适，则合成电势就不等于零，这时 在换向元件中将产生附加电流。过大的附加电流会使电机换向恶。3.2机械原因牵引电动机在运行过程中受到强烈的振动，换向器转子和电刷装置不良引起的火 花我们称为机械火花。我们可以分为两大类：1、换向器及电机旋转部分的缺陷（1）个别换向片或云母片凸出；（2）换向器偏心、换向器升高片连接处断开、换向器松动，换向片有高低；（3）换向器工作表面污染、工作变形、有毛刺、癍痕和拉伤沟纹等；（4）附加极调整不良；2、电刷装置的缺陷（1）电刷接触面研磨的不要光滑，接触不良或只是局部接触；（2）电刷在刷盒中间隙不合适，造成跳动，倾斜或卡死现象；（3）电刷上压力不适当；（4）刷握装置不稳固，造成刷握位置偏离几何中心线；（5）刷架的定位不准确或安装不牢固；（6）碳刷型号不适合电机。产生机械火花的原因是多种多样的，有时是几种原因同时起作用，有时只是一 种原因一旦出现火花，应仔细观察和具体分析。3.3化学原因直流电机工作环境属于工业现场环境， 通常存在各种腐蚀性气体或物质，存在着 水汽、油雾、粉尘等，直流电机工作时在直流电的作用下，换向片和电刷将产生化学 反应，正常层氧化亚铜薄膜、具有较大的电阻，可以减小附加电流；在水蒸气较多或 其他有害气体中运行的电机，这层氧化亚铜薄膜很容易遭到腐蚀而破坏， 引起附加电 流和火花增大，破坏换向片的换向性能，从而使换向火花增大，这就是换向火花产生 的机械原因。1、薄膜的形成、化学成分及作用换向器滑动面的薄膜是电刷与换向器接触并在相对运动过程中逐渐形成的。由于大气中有水蒸汽，使电刷和换向器表面都覆盖着一层水膜。 随着膜的不断加厚，新生 膜的速度也逐渐减慢，直到一定的厚度为止。这样，换向器滑动面的氧化膜就形成了。 碳膜附着物在吸收空气中的水分之后能产生良好的润滑作用，减小电刷与换向器之间的磨耗，使电刷运行稳定。减小或消除机械性火花。2、不正常的换向趋薄膜换向器薄膜并非静止不变。直流牵引电动机和脉流牵引电动机在换向不良、部发生故障或者在高原缺氧、干燥以及周围空气中有某种化学气体的环境中运行时，都会 使换向器表面薄膜遭到破坏，出现异常状态。不正常的换向器薄摸，主要有以下几种：(1) 换向器薄膜产生黑片黑片是指换向片工作表面出现无光泽的黑膜。 如果整个换向器表面都发黑，表明 电机在正常运行时，火花达到2级或以上，此时必须对该电机进行换向调整。 通常换 向器表面只是部分换向片发黑，分为有规律和无规律分布两类。 有规律分布的黑片有规律分布的黑片是指沿换向器圆周， 按一定的间隔距离，在换向器表面出现的 黑片。按槽节距分布的黑片，产生这种现象的原因主要有：电刷或换向极黑片的分布不 等分；电刷未主极中心线上；换向极气隙特别是第二气隙不合适；换向极绕组或补偿 绕组匝间短路等。 无规律的换向片发黑换向器工作表面上无规律的换向片发黑， 大多是由于机械方面的原因，使电刷与 换向器表面接触不良引起的。(2) 换向器产生条纹和沟壑等条纹是指沿换向器圆周表面形成的有明暗色调变化的平行圆环，其宽度是不规则的。条纹的继续发展会在换向器表面产生沟槽。条纹的形成是由于电刷接触面上局部电流比较集中或电刷的机械摩檫作用， 使局 部薄膜变薄或消失而造成的。电刷接触面上沉淀有铜离子，或者电刷成膜性能差、结 构不均匀、含有较硬的杂质等，均易引起条纹，甚至发展成为沟槽。(3) 电刷轨痕这是指平行的电刷轨道之间在色调上的不同。 其主要原因有：同一刷握各并联电 刷之间的电流分配不均匀；电刷压力相差太大；并联电刷牌号不同；电刷高度相差太 大；个别电刷与刷盒连接不良等。(4) 换向片被氧化、有铜毛刺铜毛刺是指在换向片边缘出现象碎片一样的毛刺，它们逐渐发展成薄铜片延伸至 云母槽。铜毛刺继续发展，会使相邻的换向片短路，此时铜薄片被烧掉，在两换向片 边缘处出现一些麻点，严重时，可能引起环火铜毛刺是由于电刷滑行过程中的压延作用和电刷振动时的捶击作用形成的。如果换向器表面没有形成薄膜层，电刷的摩擦作用显著增加，在此机械力的作用下，容易 发生铜毛刺。此外，电刷在刷盒中间隙过大，运行时电刷接触面过小（有时只有30%， 从而使电刷下电流密度和单位压力大幅度增加，换向器表面由于过热而产生铜退火， 这时因压延作用易产生铜毛刺。（5）换向器表面高度磨光这是指换向器表面的氧化膜被摩擦掉，露出本铜色，抛光发亮，像镜面一样。此 时，电刷与换向器之间的接触电阻很小，附加换向电流iK增大，从而使电机换向恶化。同时，由于电刷与换向器之间的摩擦增加，电刷会产生高频振动和异常磨耗，严 重时，只运行几百公里时换向器就磨损到限。换向器表面状态反映了电机运行是否正常。因此，在电机运行时，应当经常注意和检查换向器的表面状态，观察薄膜的变化情况，许多牵引电动机的故障在尚未造成 破坏前，往往可以根据换向器表面的异常状态来进行早期诊断，找出故障发生的原因和部位，及时进行处理，以保证电机正常运行。3.4火花等级在机车运行过程中必然存在换向火花，我国国家标准“电机基本技术要求”（GB755 2000）中，对直流电机换向器上的火花等级作了规定，见表6-1表6-1火花等级电刷下的火花程度换向器及电刷的状态1无火花换向器上没有黑痕、电刷上没有灼伤114电刷边缘仅小部分有微弱 的火花或有微弱放电性火 花112电刷边缘大部分或全部有轻微的火花换向器上有黑痕出现，但不发展、用汽油擦其表面能除去，同时有轻微的灼痕2电刷边缘大部分或全部有较强的火花换向器上有黑痕出现，用汽油不能擦 去，同时电刷上有灼痕。如短时间出现 这一级火花，换向器上不会出现灼痕， 电刷不被烧焦或损坏3电刷整个边缘有强烈的火花，同时有火花飞出换向器上的黑痕相当严重，用汽油擦 不去，同时电刷上有灼痕。如果在这 一级火花下短时运行，则换向器出现 灼痕，同时电刷被烧焦或损坏直流牵引电动机和脉流牵引电动机由于工作条件恶劣，如负载急剧变化、电网电压波动、强烈的机械振动和冲击、在脉流电压下工作等，都使电机换向困难。为了保 证牵引电动机运行可靠，直流牵引电动机在运行时的火花等级应限制在下述围：在额定磁场和削弱磁场极位正常上运行时，火花不应超过 3/2级；在其他情况下运行时， 火花不应超过2级。对于脉流牵引电动机，其换向条件更为困难，允许在2级火花下 持续运行。此时，换向器表面将发黑，但只要不损坏换向器工作表面，这种火花所允 许的。第4章改善换向火花的产生4.1相应改善措施1、采用分裂式电刷分裂式电刷是将两个同样的电刷装在同一刷盒，电刷上端共用一个橡皮吸震垫。 电刷的电流输出与整块电刷相同， 其电阻及电压降不变，但对换向回路来说却增加了 两块电刷间的接触面，增加了换向回路的电阻，因而可以减少附加电流。分裂式电刷 的电流输出与整块电刷相同，其电阻及电压降不变，但对换向回路来说却增加了两块 电刷间的接触面，增加了换向回路的电阻，因而可以减小附加电流。2装设换向极改善换向的目的在于消除电刷下的火花。 而产生火花的原因除了电磁原因外， 还 有机械方面和化学方面的原因。 从产生火花的电磁原因出发，选用合适的电刷，增大换向回路的电阻，也可以减小附加换向电阻ik,从而减小电刷下的火花但最有效地方法是使刀e=0,则ik,=0，目前通常采用加装换向级的方法。加装 换向级的目的在于在换向元件在处建立一个磁动势fK,其一部分用来抵消电枢反应磁动势，剩下部分用来在换向元件所在气隙处建立磁场BK换向元件切割BK产生换向电动势eK,且让eK的方向与er相反，使换向元件中的合成电动势刀 e=er-eK=0 成为直线换向，从而消除电磁性火花。为此，对换向极的要：(1) 换向极应装在集合中性线处；(2) 换向极的极性应使所产生的 FK的方向与电枢反应磁动势的方向相反。由图21-17可见，电动机状态时，换向极应与逆转向看的相邻主磁极同极性。而发电机状态时，应与顺转向看的相邻主磁极同极性。(3) 换向极绕组必须与电枢绕组串联，而且换向极磁路不饱和。3、设置补偿绕组牵引电动机气隙磁密畸变是由电机负载以后的电枢反应引起的。因此，防止环火最有效措施应该是尽可能消除电枢磁场引起的气隙磁密畸变，对于负载急剧变化和经常在磁场削弱下工作的牵引电动机，最有效的方法是装置补偿绕组。利用补偿绕组消 除由于电枢反应而引起的气隙磁场畸变，从而限制片间电压的最大值，减小产生电位火花的可能性；同时使换向器电位特性曲线较为平坦，有利于抑制原始火花和电位火 花的扩展，大大减小电机发生环火的可能性。为了达到上述目的，对补偿绕组提出下列要求：(1) 补偿绕组嵌放在主极极靴上专门冲制的槽，线圈跨接在相邻两主极之间；(2) 为了在不同的负载西都能补偿电枢磁势，补偿绕组应与电枢绕组相串联。(3) 补偿绕组产生的磁势与电枢磁势的方向相反。图6-1画出了电枢磁势和补偿绕组磁势的波形，两者基本上能够补偿。但是，由 于在两主极之间无法安装补偿绕组，故补偿绕组磁势为梯度波(曲线2)，这样在两主极之间的电枢磁势不能全被补偿，留下一个三角形的磁势波(阴影部分)，该磁势 可由换向极磁势补偿。对于脉流牵引电动机，由于补偿绕组的交流磁势可以补偿电枢磁势中的交流磁势， 改善了交流换向电势的相位，可有效降低换向元件中的交流剩余电势， 从而改善了脉 流牵引电动机的换向。电机安装补偿绕组后，使其结构复杂，增加了制造及检修的工作量。因此，只有在换向特别困难的牵引电动机中采用，国产ZD105 ZD115型脉流牵引电动机均采用 了补偿绕组图6-1有补偿绕组的磁势应当指出，牵引电动机虽然在设计和结构上采取了一定的措施来防止环火的发生，但在实际运行中仍有可能发生环火。 为了减轻环火后的破坏性影响，在牵引电动 机的结构和线路上也采取了相应的措施，例如：（1）换向器前端云母环3面露出部分用耐弧性能好的聚四氟乙烯板覆盖，使得 环火时不致烧毁前端云母环。（2） 在电机刷盒侧壁与刷架圈之间设放电间隙，在环火尚未发展到十分严重程度 时，使放电间隙击穿，电弧不经过前端云母环。（3）采用快速动作断路器。若快速断路器在电弧扩展到相邻电刷之前切断电路， 能起到防止环火的作用。即使在环火发生后切断电路，也能减小电机的损坏 程度。4、移动电刷改善换向对于有安装换向极、转速固定、负载稳定的小型直流电机，可用移动电刷位置的方法改善换向4.2预防换向火花过大的方法1、电刷的硬度既不能太硬也不能太软太硬则会加快换向器表面的磨损，使表面产生凹槽，造成换向器与电刷的接触不 良，产生火花；太软则分流不均致使个别电刷发热损坏。2、电刷和换向器表面吻合电刷在使用前最好将其放在与换向器圆周等大小的模具上研刮，使其下端面形成凹窝，并通过观察擦痕进行修刮，使电刷磨损加快易在换向器表面形成炭膜， 使火花 拉长。因此尽可能按照制造厂家使用说明书提供的牌号来选择；其次要注意电刷的尺寸大小要合适，在刷握的每边都应留有 0.20mm左右的间隙，但不能太大，只要能够 自由地上下移动即可。同一列电刷的牌号要一致，以免因其与换向器表面完全吻合， 保证接触良好。3、及时更换电刷电刷磨损过分严重时会导致压簧压力不足， 致使电刷与换向器接触不紧密而产生 火花，因此应及时更换电刷和刷握弹簧。 一般电刷磨损大于3/4时应予以更换；压簧 使用久了，也会因温度效应使弹性逐渐减弱，发现弹簧弹性减弱时应及时更换。4.3脉流牵引电动机换向的特点关于脉流牵引电动机我们拿 ZD105为例所示，本电机用于SS7电力机车作牵引电动机。六极中压电机，每极磁通小、因此体积小、重量轻、功率大。电压电流比完全符合1欧姆原则。此电机采用全迭片机座，可改善脉流换向，减少速率特性偏差，降低定子温升。滚动抱轴承可靠性高、复励牵引电动机，粘着性好，不易空转、可无极磁场 削弱，再生制动时不用转换主电路。有刷架圈，正、反转速率偏差可控制在1%,刷握弹簧压力可调，压力偏差可降低为正3%，电枢线圈采用交叉竖放，可减少漏磁导，降低电抗电势。1、交流电抗电势交流电抗电势是由电枢电流交流分量换向产生的。2、变压器电势变压器电势是由主极磁通交变分量的作用，在换向元件中感应的电势。脉流牵引电动机通常采用固定分路电阻以降低主磁通的脉动程度。3、交流换向电势交流换向电势是换向元件切割换向区合成的交变磁通而产生的，其大小取决于 换向区磁通的数值，相位与交变磁通相同。4、换向元件中的交流合成电势过大的剩余电势是引起脉流牵引电动机换向困难的根本原因。因此，要改善脉流牵引电动机的换向，就要尽可能地减小交流剩余电势。4.4改善换向方法1、减小交流电势的数值（1）减小交流电抗电势er（2）减小变压器电势et2、改善交流换向电势ek的相位（1）换向极铁心采用电工钢片叠制（2）机座壁敷设磁桥（3）减小换向极漏磁通（4）采用全叠片或半叠片机座3、选择合适的变压器电势补偿不平衡电势由换向元件各交流电势的相位关系可见，变压器电势与交流电抗电势的相位几乎 是相反的，因此可利用来抵消。实践证明，这是积极有效的办法为了使在数值上和相 位上都能补偿，必须选择合适的固定磁场削弱系数的变压器电势补偿不平衡电势。由 换向元件各交流电势的相位关系可见，变压器电势与交流电抗电势的相位几乎是相反 的，因此可利用来抵消实践证明，这是积极有效的办法为了使在数值上和相位上都 能补偿,必须选择合适的固定磁场削弱系数。4、米用感应分路采用固定分路电阻改善脉流牵引电动机换向时，即使选择一个合适的B,也只能满足一种额疋的运行状态，因为e的大小与电机的转速无关，而Er和Ek随之而变化, 当电机进入磁场削弱时，相位角 al相应的增大，et的相位落后，这样就破坏了原有 各交流电势之间的平衡关系，影响电机的换向，为了改善脉流牵引电动机高速运行时 的换向。通常在磁场削弱电阻串联一个换向器， 整个磁场分路称为感应分路。在牵引 电动机的主极串励绕组上并联固定分路电阻因为并联分路电阻后，主极串励绕组可以认为是一个无电阻纯电感电路，而固定分路电阻可以认为是一个无电感纯电阻电路。 这样电枢通过脉动电流时，其部分交流分量通过了电阻电路， 直流分量大部分通过主 极串励绕组，使主极串励绕组的脉动成分大大减少， 降低了电机换向元件的变压器电 势，改善了牵引电动机的工作条件。牵引电动机磁场削弱的程度可用磁场削弱系数 来表示，即F 磁场削弱时励磁绕组的磁势Ff 满磁场时励磁绕组的磁势。5、加装平波电抗器在单相交流电网供电的电力机车上，大多数加装平波电抗器整流后供电给牵引电动机（如图7-1 ）平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有 限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。 这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制,加在牵引电动机两端的电压为脉动电压，流过牵引电动机各绕组的电流为脉动电流，由这种方式供电的牵引电动机称为脉流牵引电动机。其电压、电流都是脉动的，包括直流分量和交流分量。因为直流分量是主要成分，所以脉流牵引电动机本质上仍是直 流牵引电动机，其结构和工作特性与直流牵引电动机相仿。但是，由于交流分量的存在，给电动机工作带来新的问题，如温升较大，换向恶化较易产生环火，故在电力机 车牵引电路中加装平波电抗器可以有效的抑制脉流牵引电机的环火问题。环火是电动机常见故障。由于脏污或受潮，使得换向器或绕组与机壳间的绝缘表 面产生泄露，如绝缘刷杆、换向器云母环、换向器升高片等处的污染，当这些地方的 绝缘电阻降到不能承受电压时， 就会发生击穿、短路，使得电流不是沿着电枢绕组而 是横跨换向片流通，即发生环火。4.5环火的定义是由于电磁或机械原因引起电刷下原始电弧扩展到正、负电刷，直接通过空气导电而短路。4.6引起环火常见情况1、电动机回路有大电流冲击，如在带电情况下反向器误动作（带电换向）；2、机车手柄提得过快过猛，负载急剧变化；3、电刷铜辫子突然碰机壳；4、正负刷架联线因绝缘损伤而突然短路。4.7防止环火的措施1、限制换向器圆周上的电位梯度和最大片间电压值当云母片厚度为0.8mm 时，k max35V；当云母片厚度为1.0mm 时，k max37 40V;当云母片厚度为1.2mm 时，k max4043V;当云母片厚度为1.5mm 时，k max43 45V.2、采用适当的主极极靴化形状偏心气隙部分扩气隙3、选择适当的极弧系数极弧系数的计算式为：-式中 b 极弧长度极距4、设置补偿绕组 补偿绕组嵌放在主极极靴上专门冲制的槽，线圈跨接在相邻两主极之间 为了在不同的负载下都能补偿电枢磁势，补偿绕组应与电枢绕组相串联 补偿绕组产生的磁势与电枢磁势的方向相反。第5章建议5.1应用方面严禁逆电操作对电机全面清洁保，经调查从故障产生的机理看，有人为因素、亦 有非人为因素、有的需要厂家解决、有的需要运用段解决，只要采用科学合理的手段， 牵引电机的环火故障一定减小。 机车牵引电机在运用中机车乘务员应及时检查，当发现碳刷不良烧损或刷握不良时应及时更换整修，瞬时过电压引起电机环火时，在机车运用过程中要求乘务员应正确操作、提前撒砂、防止空转。不断加强乘务员的业务素 质，提高其对电机环火危害的认识和学会相应的预防措施。5.2检修方面在小、辅修作业过程中，严把质量关，过渡装置在试验台上试验后严格按工艺要求校定数值，使机车过渡时电流电压在最理想的数据状态下；在碎修、临修中过渡箱故障时及时组织检修，尽量使乘务员减少使用手动过渡的机会。 在作业中认真检查电 机通风通道、帆布，使之清洁畅通，及时清洗、吹扫电机部，使之清洁无油水污物； 严格执行检修工艺，对绝缘阻值低的电机，采取如清洗烘干等有力措施，防止故障的 扩大。针对静液压系统和启动齿轮箱漏油易进入牵引电动机的情况，发现有漏油部位，都进行重点整修，及时找出原因，消灭跑冒滴漏现象。针对电机绝缘引起老化的原因 可采取如下措施：认真检查电机通风通道、帆布，使之清洁畅通，及时清洗、吹扫电 机部，使之清洁无油水污物；严格执行检修工艺，对绝缘阻值低的电机，采取如清洗 烘干等有力措施，防止故障的扩大。严禁不同牌号、不同尺寸的电刷混装（最好同时 更换，以保证各电刷压力均匀）。电刷装配前要进行硬度分选，采用硬度HR值相近的电刷装于同一台电动机上，可克服电动机高速运转引起的电动机环火。 另外还要检 查电刷尺寸，以保证电刷与刷盒孔装配间隙符合要求（沿电刷厚度方向间隙0.070.26伽，沿电刷宽度间隙0.080.38伽），这样电刷在刷盒能灵活滑动且随动性好， 可克服电刷摩擦引起的电动机环火。 对于碳刷，碳刷在运行过程中，应进行及时的维 护。常会维护不好而造成事故，甚至停机停产。反之，加强对集电装置部分的维护， 能及早发现问题和解决问题，可以免除很多事故的发生。带有换向器的电机，由于碳 刷不但起传导电流的作用，而且还起换向作用，因而其监护工作量要大得多。经常和 仔细观察换向火花的状态和特征是非常重要的5.3保养方面加强机车乘务员的培训，提高其业务能力，使其正确的操作机车，杜绝使用不当。 加强对电机的维护和保养，配备完善、先进的检查设备，以适应机车轮乘制和状态修 的需要。运行人员平时要认真检查换向器表面、电刷装置等，发现异常情况如过热、 磨损、松动、脏污要及时处理。用 高压风吹扫电机各主要部件表面及缝隙；用绸布 沾酒精擦拭干净换向器表面的斑痕及清除铜毛刺；及时更换电刷，严禁不同型号、不同尺寸的电刷混装（注意最好同时更换，以保证各电刷压力均匀，不要扯松刷辫）， 要用0号以下玻璃纱布研磨电刷。保证电刷与换向器的接触面积在80%以上；刷架圈转动后一定要恢复到原位等，保证电机定子装配质量。电机定子装配时，要坚持“三 检”制度，保证电机定子装配尺寸符合要求，特别要控制各磁极等分度尺寸不要超差， 要保证刷距均匀，首先要挑选刷盒。现铁道部运用的电力机车中，牵引电动机都是以ZD105型为主，多年来机务部门 通过对ZD105型牵引电动机环火故障的分析和摸索取得了一些经验，而这样的牵引电机功率、电流的变化都直接反映为换向火花的变化，换向火花的级别所表现的大小是成正比例关系的，我们只要检测换向器火花的大小，使之在不超过规定的级别前停止 电机的供电，就可以达到保护电机防止环火的目的。 经过采取上述的处理方案及措施 后，近几年来机车牵引电动机几乎没有发生环火故障的现象；为此，电机环火故障相对得到了解决，这样就减缓了电机的频繁落修、延长电机的使用寿命、机车的运行效 率也得到了提高。而这样的牵引电机功率、电流的变化都直接反映为换向火花的变化， 换向火花的级别所表现的大小是成正比例关系的，我们只要检测换向器火花的大小， 使之在不超过规定的级别前停止电机的供电，就可以达到保护电机防止环火的目的。经过近1个月的努力，我的论文终于撰写完毕。首先，我要感教学中心的老师。是他们对论文选题、选材、编写格式等方面给予 了细心的指导，使本人的毕业论文设计得以有条不紊地进行。其次，我要感我的指导老师。本篇论文从提纲到初稿乃至成稿， 都经过他精心的 指导和修改，提出了严格的要求和许多宝贵的意见。 可以说，我的整篇论文凝聚着他 的心血。此时此刻我知道我要感的老师太多太多，在这里我祝愿我可爱的老师们身体健 康、工作顺利、家庭幸福！最后，真诚希望我的设计能得到老师的认可，敬请老师和同学批评指正。！参考文献1 朱利湘.机车电传动西南交通大学，19922 张龙电力机车电机 中国铁道出版社2003年3 华平.机车电机 中国铁道出版社2003年 4莫坚.电力机车检修 中国铁道出版社2008年 张龙.ss7电力机车电机南宁铁路局，1989年 许顺隆 徐朝阳轻松学电机中国电力出版社.2008