ZQDR-328型直流电机环火问题的分析与研究.doc

1、ZQDR-328型直流电机环火问题的分析与研究摘 要ZQDR-328型直流牵引电机的安全稳定运行对于主机（矿山自卸车）的连续正常运行有着至关重要的作用。本文对电机环火现象的原因、电机的原理、环火现象的检测方法以及对电机环火如何进行预防与处理进行了阐述。针对环火现象的特征研究出三种诊断环火现象将要发生的检测方法：即换向器及电刷状态检测法、电机分电流动态差别特征判断法、电机换向器电流火花特征判断法，运用该检测法能及时判断将要发生的环火现象，减少故障的发生。同时对环火现象造成的故障从机械、电磁、化学、备件质量等方面如何检测与处理进行了研究，对电机在使用过程中如何进行维护与保养有重要的指导意义。关键词

2、 牵引电机；换向器；环火；检测ZQDR-328 DC motor ring fire problem researchAbstract: Traction motor to the safe and stable operation of the host (dump truck) continuous normal operation plays a very important role, the motor ring fire phenomenon, motor principle, and ring fire phenomenon of motor ring fire detectio

3、n method and how to carry out prevention and treatment were discussed. In view of the characteristics of the ring of fire in three diagnostic ring fire phenomenon will occur: the detection method of commentator and brush state detection method, the motor current dynamic differential characteristics

4、judgment method, motor commentator current spark characteristics judgment method, using this detection method can timely judge will occur ring fire phenomenon, reducing fault occurrence. At the same time to ring fire phenomenon is caused by the fault from the mechanical, electromagnetic, chemical, s

5、pare parts quality and other aspects of how to detect and process were studied, the motor in the use of the process how to undertake maintenance and maintenance is of important guiding significance.【Key words】: traction motor ；commentator；ring fire； Detection目 录中文摘要、中文关键词1英文摘要、英文关键词1前 言2第一章 ZQDR-328

6、型直流电机环火现象的原因3 1.1环火的形成3 1.2诱发环火的几种常见因素3 1.3 环火的危害4第二章 直流电机的知识5 2.1直流电机的用途5 2.2直流电机的结构5 2.3直流电机的分类8 2.4直流电机的励磁方式9 2.5直流电机的机械特性9 2.6直流电机的控制结构10 2.7直流电机的控制原理10第三章 直流电机的常规性试验12 3.1轴电压的测定12 3.2电感的测定12 3.3空载特性的测定15 3.4电机的电压、电流纹波因数及电流波形因数的测定15 3.5额定负载试验17 第四章 直流电机环火现象的检测方法18 第五章 直流电机环火现象的预防与处理方法21 第六章 结束语2

7、4 参考文献25 致 谢26前 言ZQDR-328直流电机（以下简称328电机）是应用于矿用自卸车的牵引电机。牵引电机在运行过程中当受到冲击负载或突然短路时，电枢电流急剧增加，换向绕组元件中的电抗电势也立即加大。由于换向极铁芯的涡流作用，换向磁场却不能随电枢电流同步增长，以致电抗电势远远大于换向电势，造成过分的延迟换向，从而在后刷边产生强烈的电弧。这电弧随着换向器的运动而拉长，加上电动力的作用，拉长的速度可能超过换向器的周速，同时,由于电枢电流激增引起磁场严重畸变，使得换向器某地方的片间电压显著增加，因而发生电位差火花，并使换向器周围空气电离。当电磁性火花和电位差火花汇合在一起时，它们互相促进

8、，在一定条件下会形成一股跨越正、负电刷之间的电弧，使整个换向器被一圈火环所包围，这种现象称为环火。又由于环火时产生强烈的弧光和声响，故俗称“放炮”。发生环火就相当于电枢绕组经过电刷而直接短路，其后果十分严重。轻者将刷架联线、电刷、刷杆、刷握和换向器烧坏，重者将电枢绕组损害，以致将整台电机、电器烧损。多年来直流电机换向器环火一直是困扰制造单位与使用单位的主要故障问题之一。因此，使用有效的手段及时检测到电机环火的隐患，并运用合理的方法处理环火故障，使牵引电机能够长期稳定的运行，是牵引电机制造单位与使用单位长期追求的目标。第一章 ZQDR-328型直流电机环火现象的原因1.1 电机环火现象的形成当电

9、机受到冲击负载或突然短路时，电枢电流急剧增加，换向绕组元件中的电抗电势也立即加大。由于换向极铁芯的涡流作用，换向磁场却不能随电枢电流同步增长，以致电抗电势远远大于换向电势，造成过分的延迟换向，从而在后刷边产生强烈的电弧。这电弧随着换向器的运动而拉长，加上电动力的作用，拉长的速度可能超过换向器的周速，同时，由于电枢电流激增引起磁场严重畸变，使得换向器某地方的片间电压显著增加，因而发生电位差火花，并使换向器周围空气电离。当电磁性火花和电位差火花汇合在一起时，它们互相促进，在一定条件下会形成一股跨越正、负电刷之间的电弧，使整个换向器被一圈火环所包围，这种现象称为环火，如图1-1所示。又由于环火时产生

10、强烈的弧光和声响，故俗称“放炮”。发生环火就相当于电枢绕组经过电刷而直接短路，其后果十分严重。轻者将刷架联线、电刷、刷杆、刷握和换向器烧坏，重者将电枢绕组损坏，以致将整台电机、电器烧损。图1-1 环火1.2 诱发环火的几种常见因素(1) 换向器表面粗糙 我国现行矿用自卸车牵引电机的换向器表面粗糙度规定为 Ra1.6 以上，在此条件下才能够保证电机运行时因电刷作用在换向器表面会形成一层氧化亚铜 (Cu2O)薄膜。由于氧化膜电阻较高，抑制了附加换向电流，有利于换向。一旦因加工精度不够或因划痕等使换向器表面粗糙度超差，则电刷磨耗过大，有大量的碳粉磨落下来，换向器表面的氧化亚铜薄膜遭到严重破坏而不能交

11、替形成。从而，电机的换向急剧恶化，以致形成环火。(2) 下刻、倒角、退刀槽加工的精度差这三道工序虽说简单易做，但是往往被人们所轻视。其实，换向器下刻的精度不高，如过深或过浅，或过于粗糙都可能使电刷与换向器摩擦下来的碳粉滞留 ;倒角和退刀槽的加工不符合标准也可造成正常磨耗的碳粉从换向器两端甩不出来。这些现象都可能导致火花增大，以致发展成环火放炮。(3) 转轴弯曲变形或动平衡不良电机由于受外力或异物等作用而产生转轴弯曲变形，或动平衡不良。此时，电机在运行中会造成电刷在换向器表面跳动超差，引起电刷向换向器表面放电，像点焊一样，使换向器表面形成“麻面”。这种“麻面”如同砂布的作用一样，把电刷很快磨耗，

12、如同 (1)结果一样。(4) 电刷严重受潮当电刷受潮后，由于摩擦下来的碳粉湿度比较大，吸附性强，所以这种碳粉难以从换向器表面甩出因而破坏换向，产生环火。(5) 运行环境影响电机工作条件对周围环境有一定的要求，如果换向器附近的油液，润滑脂，空气中的水分，油雾，雨雪天气和悬浮的粉尘都将会影响电机换向器上氧化膜的正常驻形成。1.3 环火的危害直流电机在某些恶劣条件下运行时，在换向器表面正、负电刷之间可能出现强烈的环行电弧而发生短路，同时伴有闪光与巨响，这种现象称为环火(俗称“放炮” ) 。强烈的电弧不仅会灼伤换向器表面和电刷，对电机具有很大的破坏性，而且可能造成以下危害: (1) 电弧由换向器表面飞

13、向换向器前压圈、转轴、刷架圈、磁极铁心或机座，造成电动机接地。 (2) 环火时电动机由电动机工况转为发电机工况运行，电流经电弧直接流入励磁绕组，使励磁电流迅速增大，反电动势猛增，从而在电枢绕组中产生巨大的反向短路电流，不仅可能将电枢绕组烧断，造成“扫膛”,还会产生巨大的制动转矩,影响设备的正常运行。环火不仅严重影响电机安全正常运行，而且会给电机使用单位带来一定的经济损失，多年来，尽管电机的制造与使用单位对电动机环火现象非常重视，并采取了一些措施，但因环火造成的故障仍然是危害电机安全运行的主要故障之一。因此，对产生环火的原因进行分析，找出诊治环火顽疾的良方，具有重要意义。第二章 直流电机的基本知识2.1 直流电机的用途直流电机是实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机的用途广泛，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、矿用自卸车、市内电车等，通常都使直流电机作为供电设备或作为原动机来拖动工作机械或设备。2.2 直流电机的结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部