到段机车牵引电机烧损原因探析及预防

1、到段机车牵引电机烧损原因探析及预防摘要：针对df8b为代表的新造内燃机车到段烧损牵引电机这一故障 现象，从理论上分析了产生烧损故障的原因，并根据分析结果，提出 了有效的防范措施。关键词：整备；剩磁；感应电势；、八一刖s中国南车集团资阳机车厂（以下简称资阳厂）生产的df4和df8b 型机车是我国铁路重载牵引的货运干线机车，新造机车出厂前须经过 各种试验和试运行止常后方可出厂到段。目前生产的数百台机车到段 后情况良好，但也出现过几次新造机车在出厂前状态良好，机车到段 整备中却发现牵引电机严重烧损的事件，给用户和资阳厂都造成了很 大的损失，这种事例虽然很少，但离机车到段只整备不整修的要求还 有差距，

2、需要找出根本原因来解决这个问题。1牵引电机烧损原理分析以df8b型机车为例，在加载时，每一位牵引电机支路如下（以 1d支路为例）：主整流柜正极1c （电空接触器）1d （牵引 电机电枢和换向绕组）hkg （工况转换开关）hkf （方向开 关）1d （牵引电机串励绕组）hkf （方向开关）hkg （工况转换开关）主整流柜负极。为便于分析，将各个开关和接触器略去，仅保留电机回路部分， 且先取6个牵引电机的2位做理论分析，简化后见图1所示。在柴油机主发电机提供电源的情况下，根据电磁理论，可知2位牵引电机在f电磁力的作用下，顺时针旋转而产生机车的牵引动力。根据牵引电机烧损的情况，可以肯定在牵引电机中存

3、在着闭合回 路。假定1c6c是在运行过程中被闭合的（这在柴油机未起机是 可以做到的，在做动作试验时常常使用），而且牵引电机是在机车做 过前方牵引过后，被其他机车牵引做同向的运动，即电机转速n的方 向是与图1 一致，其简化后的回路见图2所示。由于牵引电机作前向牵引后，其电机气隙间会存在一定的剩磁， 在被他其车牵引作相同方向运动时，2位电机在剩磁作用下会产生一 定的感应电势，电势方向如图2所示。即使同型号电机，由于制造上 的差异，使得电机剩磁不尽相同，因而在同一转速下必定会产生不一 样的感应电势。1e|逐渐减小e2逐渐增大图2 牵引电机作同向牵引后又被其他机车引作同向运动的情况根据电机学理论，e

4、= ce* 4)* n,式中，e为电机每极气隙磁 通量(wb)； n为电机转速(r/min)； ce为电动势常数，同类型电机 的g相同。电机在同一转速下必然会产生不一样的感应电势，假设1d电机 剩磁磁通量大于2d电机，则ei >el根据图2,可知1d电机由于其 剩磁比2d电机大，1d工作于发电机状态，1d主极绕组电流激磁产 4：的磁势会削弱原来的剩磁，使其每极磁通量减少，1d电机感应电 势呈下降趋势，而开始时工作于电动机状态的2d,由于主极绕组电 流激磁产生的磁势增强了原剩磁磁通量，2d电机感应电势呈增强趋 势，直到在图2回路中达到某种平衡为止。根据图2回路，可以得到 如下方程：e -e

5、2 =i*r + l*di/dt ，式中，l为1d, 2d回路中的总电感量，r 为id, 2d冋路屮的总电阻值。电机绕组内阻r总是很小，因此可以将上述公式简化如下：ei - e2 = l*di/dt (1)同时根据直流电机学理论ei =cc*(*io *ii )* n,e2 二 ce*( © 20+e 2i )* n式中，©10、“20代表id, 2d的剩磁磁通量，"li、”2i代表1 d、2 d的电磁激磁通量，由于电流i相同，可知叽二4)2i,ce为电 动势常数，同型号电机此数值一样。将其代入公式(1),可得到：ce*( e 10- 4)20) * n ce*(

6、 4)ii+ e 2i) * n = l*di/dt，且令 4)h+ 4)2i=ka*i (ka >0)(此电流参考正方向如图2所示)根据初始条件i | t=0 =0,可以 解得微分方程如下：i =(io- 4>20)*(1 e'ka*ce*n*t/l)/ ka,其中(i)i0 <b2o>o, (ka >0)(此电流参考正方向如图2所示)。据此可知在某一转速n下，电流会达到1个恒定值，这种情况下不会 产生烧损碳刷的结果。12d电动机状态逐 渐转为发电机状态e|逐渐增大e2逐渐减小图3 牵引电机作同向牵引后又被其他机车引作反向运动的情况另外，再次假定机车牵引

7、电机在做过前方牵引后，被其他机 车牵引做反向的运动，即电机n的方向与图2相反，其简化后的 冋路见图3所示，则分析可知1d电机工作于发电机状态，主极绕 组电流激磁产生的磁势会增强原来的剩磁，使其每极磁通量增 加，电机感应电势也会有上升的趋势，而开始时工作于电动机状 态的2d,由于主极绕组电流激磁产生的磁势削弱原剩磁磁通量， 电机感应电势也会有下降趋势，在回路中形成1个止反馈的电流 无限增大的情况，因此能够根据图3给出如下方程式：ei = ce*(%+叽)* ne2 二 ©*("20一 ”2i)* 口式屮，ao、e 20代表id, 2d的剩磁磁通量，叽、©2i代表 1

8、d、2 d的电磁激磁通量,，由于电流i相同，可知4)li=d)21, ce 为电动势常数，同型号电机此数值一样。将其代入公式(1),可得到: cc*(eio”20)* n + cc*(eii+“2i) * n = l*di/dt，且令 “口+“ 2i=ka*i (ka >0)(此电流参考正方向如图3所示),根据初始条件ii匸。=0,可以解得微分方程如下：i =(«10 <1>20 )*( e-ka*cc*n*ul _ )丘，其中 <1)|0一 “ 20>°，r>0)(此电流参考正方向如图3所示)。根据该公式可知随着时间t的增长，图3中的电

9、流i会无限增 长，直至烧损电机，这种情况正好符合会烧损电机的情况。以上只分析了 id、2d回路的情况，在实际1c6c都闭合的 情况下，根据电路的等效原理，剩磁最大的某位电机必然会在开 始时工作在发电机状态，为各个电机提供回路电流，此电流会增 大此位电机的磁通量并削弱其他各位电机的剩磁磁通量，形成如 图3所示的电流逐步增大的情况，从而烧损电机。图4使单电机的回路情况，即使单电机情况电机发电并没达 到整流桥组的导通条件，则在图3的的情况z下，发电电压也会 很快达到整流桥的导通条件而形成通过整流桥的短路电流。整流组图4单电机情况2预防措施根据以上分析知道，形成这种情况有以下几个条件：电机耍 有剩磁并且不相同；各位牵引电机间有回路；机车在做了某方向 的牵引后，在1c6c闭合的情况下做反方向的他车牵引。要彻底杜绝此类烧损电机故障的发生，必须在控制各位电机 回路上采取措施，现在主要采取了以下3种措施（采取其中任何1 条都能有效避免电机 烧损事故的发生）：（1）取掉各位牵引电机碳刷。（2）关闭低压控制风缸的截止塞门，防止从列车管进入低压风缸 压缩空气（在采用电磁式的1c6c主接触器时，该措施无