改善电力机车脉流牵引电动机换向的措施分析
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第４ １ 卷 第 ５期
Ｖ（ Ｊ Ｉ ４ｌ Ｎ（ ） ５
研 究与 交流
¨ 【ｌ 】 、 、 ｌ 】 （ ’ ｛ ｎ１ ￣ １ 【、Ｉ （ 一 、 ｌ ｌ Ｉ 】 、
改 善 电力 机 车脉 流 牵 引 电动 机 换 向的措 施 分 析
叶松 青 １ ，吴 伟２
（ １ ． 四 川 盐 业 地质 钻 井 大 队 ，四 川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０ ；２ ． 济 南铁 路 局 济 南机 务 段 ，山 东 济 南 ２ ５ ０ ０ ０ １ ）
流换 向 ，减 少速 率特 性偏 差 ，降低定 子温 升 。其滚
１ 换 向火 花产 生 的原 因
脉流 电动机 运行 中产 生火 花 的原 因较 复 杂 ，主
要 有 电磁 、机械 和化 学 ３ 个 方 面 的原 因。
１ ． １ 电磁 原 因
动抱轴 承 可靠性 高 ，复励 牵 引电动机 粘着 性好 ，不
电势 ，改善 电动机 的工作条 件 。 ２ ． １ ． ２ ． ２ 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
易空转 ，可无极 磁场 削弱 ，再生 制动 时不 用转 换主
电磁 原因是 脉流 电动 机产 生换 向火花 的 主要 原
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ — １ １ － ０ ｌ
电路 。Ｚ Ｄ一 １ １ ｌ 有 刷架 圈 ，正 、反 转速 率 偏 差可 控
作者简介 ：叶松青 ，工程师 ；吴 伟 ，动车运用工程师
电状 态 ，由此 会 伴 有 很 大 的 响 声 ，俗 称 “ 放炮 ” 。
向器 转子 和 电刷装 置 的接 触不 良引起 的火 花 ，称 为
机 械火花 。
１ ． ３ 化学原 因
脉流电动机的工作环境属于工业现场环境 ，存 在着水汽 、油雾 、粉尘 以及 一些腐蚀 性气体 或物质 。 脉流电动机工作 时 ，在直流 电的作用下 ，换 向片和 电
因 ，是 由于 电枢反 应 （ 对称 负载 时 ，电枢磁 动势 对
主极磁 场基 波 产生影 响 的现 象 ） 使 物理 中性 线偏 离
几 何 中性线 ，这样 一来 ，在 换 向时 电刷 短接 的处 于 几何 中性 线 上 的换 向元 件 的 ２个边 所感 应 的电动 势
不为 ０ ，在 电刷 短接 时就会 产生 换 向火花 。
２ 改善 电 力机 车脉 流 电 动机 换 向 的措 施
２ ． １ 电气措 施
讨 改 善脉 流 电动 机换 向的措施 ，减 少环火 故 障 的发
展 ，提高 机车 的运行 质量 。
ｓ ｓ ， 电力机 车 的脉流 电动 机 Ｚ Ｄ 一 １ １ １ ，每极 磁通 小 、体积 小 、重 量轻 且功 率大 ，电压 电流 比完 全符 合 １ 欧姆 原则 。 电动 机采 用全 迭片机 座 ，可改 善脉
１ ． ２ 机械 原 因
短 路 。 目前 ，在 机务 段 中运用 的 ｓ ｓ 电力 机 车 的 ６
台Ｚ Ｄ 一 １ １ １ 型脉 流 电动 机均 安装 在 机 车底 部 ，由于
脉 流 电动机在 运行 过程 中受 到强烈 的振 动 ，换
机车启 动 和停 车频 繁 ，运 行 中振动 较大 ，且 电动机 的安 装空 间狭 小 ，还受 到雨 、雪 、风 沙和灰 尘等 侵 袭 ，运行 条 件较 为 恶 劣 ，因而极 易发 生 环火 故 障 。 在 实 际工作 中 ，电动 机发生 环火 时 ，电枢 绕组 处于 短路状 态 ，而 电动机 继续转 动 切割磁 力线 后处 于发
刷产生化学反应 ，形成氧化亚铜薄膜 ，具有较大 的电
电动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 。在机 车运 行
中 图分 类 号 ：Ｕ ２ ６ ４１ １
．
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文章编号 ：１ ０ ０ ６ — ９ １ ７ ８（ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ４ ７ — ０ ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
０ 引言
换 向是 脉 动直 流 牵 引 电动机 （ 以下 简 称 为 “ 脉 流 电动机 ” ）特 有 的 过程 ，换 向火 花 过大 ，就 会 发 生环 火 ，即 电动机 正负 电刷 间产生 强 大 的电弧导 致
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 。 以 脉 流 牵 引 电动 机
Ｚ Ｄ １ １ １ 为例 ，分析电动机运行过程 中环火的不 良影响 ，提出改善脉流牵引 电动机换 向的具体措施 。 关键词 ：牵引电动机 ；直流 电机 ；换向火花 ；原因分析 ；改善措施
制在 １ ％，刷握弹簧压力可调 ，压力偏差可降低为 ３ ％，电枢 线 圈采 用 交 叉 竖 放 ，可 减 少 漏 磁导 ，降
・４ ７・
２ ０１ ３‘ ｌ ５川 （ 、 ３ １ ９ ）
研 究 与 交流
低 电抗 电势 。为避 免 Ｚ Ｄ 一 １ １ １ 发生 换 向环 火 ，可 以 采用 以下措 施 。 ２ ． １ ． １ 改善 换 向火花 的产 生 改善 脉流 电动机 换 向火花产 生 的措施 有 ：采 用 分裂 式 电刷 、装设换 向极 和设 置补偿 绕组 等 。
中 ，因为受 到多种 因素 影响 ，司机 不 能观察 到 电动 机 发生 环火前 的特 征 ，因而 很难 防止 牵引 电动机 环
火 的发生 ，从 而 防止 电动机 烧损 。 因此 ，有 必要 探
阻 ，可 以减小 附加 电流 。而在水蒸气较大或有其他害 气体 的环境 中运行 的电动机 ，这层氧化亚铜薄膜很容 易遭 到腐蚀和破坏 ，由此 引起 附加 电流和火花增 大 ， 破坏 了换 向片 的换 向性能 ，使换向火花增大。
Ｖ（ Ｊ Ｉ ４ｌ Ｎ（ ） ５
研 究与 交流
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改 善 电力 机 车脉 流 牵 引 电动 机 换 向的措 施 分 析
叶松 青 １ ，吴 伟２
（ １ ． 四 川 盐 业 地质 钻 井 大 队 ，四 川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０ ；２ ． 济 南铁 路 局 济 南机 务 段 ，山 东 济 南 ２ ５ ０ ０ ０ １ ）
流换 向 ，减 少速 率特 性偏 差 ，降低定 子温 升 。其滚
１ 换 向火 花产 生 的原 因
脉流 电动机 运行 中产 生火 花 的原 因较 复 杂 ，主
要 有 电磁 、机械 和化 学 ３ 个 方 面 的原 因。
１ ． １ 电磁 原 因
动抱轴 承 可靠性 高 ，复励 牵 引电动机 粘着 性好 ，不
电势 ，改善 电动机 的工作条 件 。 ２ ． １ ． ２ ． ２ 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
易空转 ，可无极 磁场 削弱 ，再生 制动 时不 用转 换主
电磁 原因是 脉流 电动 机产 生换 向火花 的 主要 原
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ — １ １ － ０ ｌ
电路 。Ｚ Ｄ一 １ １ ｌ 有 刷架 圈 ，正 、反 转速 率 偏 差可 控
作者简介 ：叶松青 ，工程师 ；吴 伟 ，动车运用工程师
电状 态 ，由此 会 伴 有 很 大 的 响 声 ，俗 称 “ 放炮 ” 。
向器 转子 和 电刷装 置 的接 触不 良引起 的火 花 ，称 为
机 械火花 。
１ ． ３ 化学原 因
脉流电动机的工作环境属于工业现场环境 ，存 在着水汽 、油雾 、粉尘 以及 一些腐蚀 性气体 或物质 。 脉流电动机工作 时 ，在直流 电的作用下 ，换 向片和 电
因 ，是 由于 电枢反 应 （ 对称 负载 时 ，电枢磁 动势 对
主极磁 场基 波 产生影 响 的现 象 ） 使 物理 中性 线偏 离
几 何 中性线 ，这样 一来 ，在 换 向时 电刷 短接 的处 于 几何 中性 线 上 的换 向元 件 的 ２个边 所感 应 的电动 势
不为 ０ ，在 电刷 短接 时就会 产生 换 向火花 。
２ 改善 电 力机 车脉 流 电 动机 换 向 的措 施
２ ． １ 电气措 施
讨 改 善脉 流 电动 机换 向的措施 ，减 少环火 故 障 的发
展 ，提高 机车 的运行 质量 。
ｓ ｓ ， 电力机 车 的脉流 电动 机 Ｚ Ｄ 一 １ １ １ ，每极 磁通 小 、体积 小 、重 量轻 且功 率大 ，电压 电流 比完 全符 合 １ 欧姆 原则 。 电动 机采 用全 迭片机 座 ，可改 善脉
１ ． ２ 机械 原 因
短 路 。 目前 ，在 机务 段 中运用 的 ｓ ｓ 电力 机 车 的 ６
台Ｚ Ｄ 一 １ １ １ 型脉 流 电动 机均 安装 在 机 车底 部 ，由于
脉 流 电动机在 运行 过程 中受 到强烈 的振 动 ，换
机车启 动 和停 车频 繁 ，运 行 中振动 较大 ，且 电动机 的安 装空 间狭 小 ，还受 到雨 、雪 、风 沙和灰 尘等 侵 袭 ，运行 条 件较 为 恶 劣 ，因而极 易发 生 环火 故 障 。 在 实 际工作 中 ，电动 机发生 环火 时 ，电枢 绕组 处于 短路状 态 ，而 电动机 继续转 动 切割磁 力线 后处 于发
刷产生化学反应 ，形成氧化亚铜薄膜 ，具有较大 的电
电动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 。在机 车运 行
中 图分 类 号 ：Ｕ ２ ６ ４１ １
．
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文章编号 ：１ ０ ０ ６ — ９ １ ７ ８（ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ４ ７ — ０ ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
０ 引言
换 向是 脉 动直 流 牵 引 电动机 （ 以下 简 称 为 “ 脉 流 电动机 ” ）特 有 的 过程 ，换 向火 花 过大 ，就 会 发 生环 火 ，即 电动机 正负 电刷 间产生 强 大 的电弧导 致
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 。 以 脉 流 牵 引 电动 机
Ｚ Ｄ １ １ １ 为例 ，分析电动机运行过程 中环火的不 良影响 ，提出改善脉流牵引 电动机换 向的具体措施 。 关键词 ：牵引电动机 ；直流 电机 ；换向火花 ；原因分析 ；改善措施
制在 １ ％，刷握弹簧压力可调 ，压力偏差可降低为 ３ ％，电枢 线 圈采 用 交 叉 竖 放 ，可 减 少 漏 磁导 ，降
・４ ７・
２ ０１ ３‘ ｌ ５川 （ 、 ３ １ ９ ）
研 究 与 交流
低 电抗 电势 。为避 免 Ｚ Ｄ 一 １ １ １ 发生 换 向环 火 ，可 以 采用 以下措 施 。 ２ ． １ ． １ 改善 换 向火花 的产 生 改善 脉流 电动机 换 向火花产 生 的措施 有 ：采 用 分裂 式 电刷 、装设换 向极 和设 置补偿 绕组 等 。
中 ，因为受 到多种 因素 影响 ，司机 不 能观察 到 电动 机 发生 环火前 的特 征 ，因而 很难 防止 牵引 电动机 环
火 的发生 ，从 而 防止 电动机 烧损 。 因此 ，有 必要 探
阻 ，可 以减小 附加 电流 。而在水蒸气较大或有其他害 气体 的环境 中运行 的电动机 ，这层氧化亚铜薄膜很容 易遭 到腐蚀和破坏 ，由此 引起 附加 电流和火花增 大 ， 破坏 了换 向片 的换 向性能 ，使换向火花增大。