直流和脉流牵引电动机在某些恶劣条件下运行时,正、负电刷之间可能形成一股强烈的环形
电弧,同时伴有闪光与巨响,这种现象称为环火(俗称“放炮”)。电动机环火原因:转子有一组或几组线圈断线。(不会超过2组,因为断多了就无法转动,继而不会有环火现象)
环火简介
环火是一种恶性事故。在
直流电动机的运行中,由于换向器片间累积击穿,
换向器严重恶化,或者电动机频繁起动和连续过载,均会产生正负极性刷架之间电弧飞越,环绕换向器表面出现一圈强烈的电弧,并伴随强烈的弧光和巨响,这种现象称为环火。在环火发生的很短时间内,电弧的高温和巨大能量,不仅严重损伤换向器和电刷装置,而且对其他绕组也会造成不同程度的损害;同时,由于环火接地而产生轴电流,轴颈和轴瓦也会出现麻点和蚀痕。此外,环火的巨响和弧光,还会使机旁维护人员受到伤害。
产生原因
1、片间击穿
(1)当换向器片间电压较高,电动机运行中又产生过电压时,由于换向器片间累积击穿而产生环火;
(2)由于对换向器维护不良,清扫不认真,换向器云母沟中积存炭粉和铜粉,或由于电桥挤铜,换向片铜毛刺延长导致相邻换向片短路,这些导电物质都构成云母沟中的导电桥。当这种导电桥随电枢旋转而进入主极区时,换向器表面电位梯度增大,通过的电流逐渐增加。当电流产生的电动力超过维持导电粉末定位的电动力时,这些导电粉末所构成的导电桥就会错位,导电桥产生片间闪络。如果导电桥断裂点的有效电压超过电弧最低电压,就产生电弧。当导电桥断裂部位的宽度增大到
云母沟宽度时,维持电弧的电压也需增加。如果片问电压和起弧时的感应电压大于维持电弧的电压,则电弧将继续存在。在一定条件下,片间电弧将扩展到正负极性刷架之间,造成环火。
2、严重的电刷火花
电刷火花是换向器产生环火的另一个主要原因。当
直流电动机在恶劣的负载条件下运行,换向器表面滑动,接触受到严重破坏时,电刷与换向器之间就会产生严重火花。当换向器的火花增大到一定程度时,火花形成的电弧将引起电刷和换向片燃烧和气化,并在燃烧区形成一个等离子区域,而这个电弧又被旋转的换向器沿电刷磨道拉长。
当电弧被拉长到一定长度的某一换向片时,电弧能否继续燃烧,就取决于换向器表面的电位分布和电弧特性。如果该换向片的电位小于电弧的维持电压,则电弧熄灭;如果该换向片的电位大于电弧的维持电压,则电弧持续燃烧,并将继续延伸。而电刷磨道上的空气的电离则为电弧的延伸创造了条件。当换向火花能量增大到某一量级时,电弧将伸展到异极性电刷上,从而造成环火。
防护措施
空气断路器或速断空气断路器来保护,通常只能从设计和运行维护方面采取措施来预防环火,主要的措施有:
(1)采用补偿绕组。直流电动机加设
补偿绕组,有以下作用:①解决换向极饱和问题,改善过电流换向;②抵消横轴电枢反应,消除主磁场畸变现象,使换向器电位分布曲线较为平滑;③有利于抑制电刷火花和片问电弧的扩展。对于无法采用补偿绕组的小型电动机,采用不同心气隙,也可削弱气隙磁场的畸变。
(2)改善换向器表面处理质量,特别是改善换向片的倒角和片间云母下刻质量,以及消除换向片上的端部尖棱、夹角。
(3)限制换向器圆周上单位长度的电位差,并适当降低片间电压。对于大型电动机,片间电压最好不高于16V,小型电动机不高于18V。对于片间电压较高,经常出现环火的电动机,应适当降低过电压保护值。
(4)在刷架之间的空间,用耐弧隔板进行档隔,可以抑制电弧扩展和减轻环火造成的损害。
(5)在线路上装设保护装置,主要采用以下几种保护:①对并联工作的电动机分别进行保护,其中某台电动机一旦产生环火,不至于对其他电动机造成危害;②在线路上装设速断保护装置,即电动机一且产生环火,保护装置就迅速将电动机从电网断开;③采用火花放电器来限制整流子片间电压,一旦出现过电压,整流子片间电压也不会过高,从而降低了产生环火的几率。
(6)加强换向器的维护,如经常清理,擦拭和吹扫,以防止片面积尘和产生铜毛刺。特别是换向不良而又出现过环火的电动机,更应加强换向器的运行和维护。
事故检查处理
事故后检查
(1)检查绝缘电阻。发生环火事故后,首先打磨毁损烧黑的换向器和吹扫绕组,然后用兆欧表测量各绕组的绝缘电阻是否符合规定,以确定绝缘是否需要处理。
(2)测量片间电阻,以检查升高片和电枢并头套有无开焊和片间短路现象。
(3)检查换向器表面是否氧化,是否由于
电弧烧伤而出现点状凹陷,换向器端部是否局部烧损,有无较深的烧蚀痕迹。
(4)检查电刷和刷握的受损程度,刷握和电刷烧损数量。
(5)检查刷架和导电环是否出现缺陷,确定需要修补或更换的零部件。
(6)检查主极绕组、
电枢绕组、换向极绕组和补偿绕组是否受到损伤。
(7)由于出现环火后有强大的轴电流通过轴承,因此应检查轴颈和轴瓦的接触面上是否出现严重的麻点,轴瓦的
巴氏合金是否熔化。
(8)检查轴承和定子的固定螺钉是否因环火产生巨大短路力矩而松动。
事故后处理
(1)表面发黑的换向器,可用砂纸或换向器磨石进行清理性打磨;表面轻微灼伤、灼痕较浅的换向器,可用换向器磨石进行一次打磨;严重烧灼的换向器,应重新车削外圆;烧蚀严重、无法修复的换向器,应给予更换。换向器打磨或车削后,应重新进行倒棱和下刻,并且处理后必须测量片间电阻。
(2)更换烧损的电刷和刷握,电刷牌号应与原来的相同,电刷压力应调整均匀。
(3)对受损的绕组和其他部件进行焊补或更换。
(4)如果绕组和导电部件表面的绝缘仅受铜、炭蒸气的蒸熏而绝缘电阻下降,可用棉布蘸少许汽油和
四氯化碳擦去绝缘上凝聚的铜和炭微粒,然后测量绝缘电阻;如果擦洗后,绝缘电阻仍然没有提高,则应清洗并烘干整台电动机。若表面绝缘层被电弧烧焦,则应剥去烧焦的绝缘层,重新进行绝缘处理,处理后绝缘电阻应高于允许标准。
(5)如果轴瓦上仅出现被轴电流烧灼的轻微灼点,则刮研后轴瓦可继续使用;如果灼点密集并且灼痕很深,则应换上备用轴瓦和重新浇铸轴瓦。处理轴瓦故障时,应检查轴承座的绝缘层是否正常。
(6)检查并紧固定子和轴承座的固定螺钉。