直流電機產生環火如何應對

馬躍躍

（西安西電光電纜有限責任公司，陜西 西安 710082）

直流電機產生環火如何應對

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形電弧，同時伴有閃光和巨響，這種現象稱為“環火”或“放炮”。近年來，隨著拉線設備不斷更新，繼電回路已全部數字化，設備操作的準確、安全、可靠性大幅提高。但是拉線驅動元件仍然采用大型直流電機，對主電機產生的環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 故障現象

2010年8 月，大拉機主電機在開車過程中突然出現速度不穩定，聲音異常，電網電壓、電流波動范圍增大，發現電機換向器形成電弧伴有強烈放炮聲，最終產生設備故障。

2 故障分析

2.1 產生電機環火的原因

當電機承受太大的沖擊負荷或發生突然短路故障時，換向極磁路在暫態過程中的渦流阻尼效應將使換向器處于嚴重延遲狀態，后刷邊可能出現電弧，并隨著換向器的旋轉而機械地拉長。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，發展成為一股跨越正負極性電刷之間的電弧，形成環火。

產生環火的原因及形成過程比較復雜。在某些情況下，即使負載穩定，換向良好，僅由于片間電壓過高也可能形成環火；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環火。

2.2 查找環火產生的故障源

通過理論上對電機產生環火的學習，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，可產生機械火花。電刷表面磨損嚴重有碎片脫離，可產生化學火花。上述兩種火花嚴重均可造成電機環火。（3）通過肉眼觀察，轉動電機軸對換向器進行檢查。換向器片間與轉子繞組接線是否牢固，是否有開焊或摔錫現象，發現有兩根接線脫焊，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子繞組導線分離，造成轉子繞組不均勻，使電壓、電流變化發生巨變，產生火花，空氣電離，形成電機環火。從而找出此次電機產生環火故障點。

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，蓋好電機防護罩，交給生產工人使用設備。

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，如出現不正常的狀態或顏色，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、是否有接觸不良現象，發現問題及時整改；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；檢查電刷壓簧，如壓緊力不夠，更換新壓簧。

6 總結

通過本次電機環火維修實踐，認識到環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。環火形成是因為首選產生火花，當火花變大短路就形成環火。產生火花原因有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子繞組導線分離，造成轉子繞組不均勻，使電壓、電流變化發生巨變，產生火花，空氣電離，形成電機環火。從而找出此次電機產生環火故障點。成功地解決了直流電機環火故障，使連續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.

TM32

A

1003-5168(2014)03-0086-01