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牵引电机运行中发生接地现象判断与处理

西安铁路职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

牵引电机运行中发生

接地现象判断与处理

专业班级：

姓名：

年月日

毕业设计（论文）开题报告

题目：

牵引电机运行中发生接地现象判断与处理

本课题的来源、选题依据：

经过两年以来所学专业知识和实践的经验，以ZD105型脉流牵引电动机为标准，总结牵引电动机运行中发生接地现象的判断与处理。

本课题的设计（研究）意义（相关技术的现状和发展趋势）：

ZD105型脉流牵引电动机及其接地故障发生的原因分析

本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的实现手段（途径）：

（可以另附页）

牵引电动机结构组成；牵引电动机接地故障的判断与处理。

文献综述（列出主要参考文献的作者、名称、出版社、出版时间以及与本课题相关的主要参考要点）：

指导教师意见：

指导教师：

年月日

专业部意见：

签字

年月日

中期进展情况检查表

年月日

课题名称

牵引电机运行中发生接地现象判断与处理

学生姓名

学号

专业

铁道机车

指导教师

职称

主要研究内容及进展

研究内容：

电力机车主变压器的应用与维护

进展：

分析牵引电动机的保养、使用规程、接地现象判断与处理

尚须完成的任务

整理图纸，结题，打印论文

存在的主要问题及解决措施

存在的问题：

对于牵引电机接地知识没有具体了解

解决措施：

向专业老师咨询和查阅相关参考资料

指导教师审查意见

专业部审查意见

前言……………………………………………………………………………………4

摘要……………………………………………………………………………………5

一、牵引电机概述………………………………………………………………………7

（一）电力机车牵引电动机工作原理认知……………………………………………7

（二）SS4G电力机车牵引电动机的结构组成…………………………………………7

1.定子………………………………………………………………………………9

2.转子…………………………………………………………………………………10

3.电刷装置……………………………………………………………………………11

4.电枢轴承和抱轴轴承………………………………………………………………12

二、牵引电机接地现象与处理………………………………………………………12

（一）牵引电机接地的几种情况……………………………………………………12

1．牵引电机环火引弧装置向机壳放电接地…………………………………………12

2．活接地，也称浮接地……………………………………………………………12

3.死接地……………………………………………………………………………12

（二）区分并处理三种接地故障的办法……………………………………………12

参考文献………………………………………………………………………………14

结论……………………………………………………………………………………15

致谢……………………………………………………………………………………16

附录……………………………………………………………………………………17

前言

1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。

最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比。

他于1834年前后成了一种简单的装置：

在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。

通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。

牵引电机，在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。

牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。

牵引电动机在机车或动车上用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。

牵引电动机有多种类型，如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。

直流牵引电动机，尤其是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性，适应机车牵引特性的需要，获得广泛应用。

牵引电动机的工作原理与一般直流电动机相同，但有特殊的工作条件：

空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制；在机车运行通过轨缝和道岔时要承受相当大的冲击振动；大、小齿轮啮合不良时电枢上会产生强烈的扭转振动;在恶劣环境中运用,雨、雪、灰沙容易侵入等。

因此牵引电动机在设计和结构上也有许多要求，如要充分利用机体内部空间使结构紧凑，要采用较高级的绝缘材料和导磁材料，零部件需有较高的机械强度和刚度，整台电机需有良好的通风散热条件和防尘防潮能力，要采取特殊的措施以应付比较困难的“换向”条件以减少炭刷下的火花等。

牵引电动机有两种悬挂方式。

一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式，称为抱轴式悬挂或半悬挂。

采用这种悬挂方式时，动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直接传给牵引电动机。

抱轴式悬挂适用于结构速度低于120公里/小时的机车车辆。

另一种是架承式悬挂（或称全悬挂）。

采用这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上，在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件，以减小冲击振动的影响。

架承式悬挂适用于结构速度高于120公里/小时的机车车辆。

机车在运行途中发生主回路接地跳主断路器，是SS4型电力机车较为常见的故障之一，而机车牵引电机工作环境较为恶劣，是主回路中最为薄弱的环节，且易发生接地，本论文着重讨论牵引电机的接地故障。

摘要

牵引电动机作为SS4G电力机车主要电气设备之一，其质量的好坏对机车整体质量起着至关重要的影响。

虽然近年来，在制造厂家与各科研部门的共同努力下，牵引电动机基础质量得以不断提高；但由于受机车长交路、大提速恶劣环境以及超吨位等多种运用条件因素影响，对牵引电机使用性能提出更高的要求，因此落修率依然较高，给检修生产带来一定的压力。

本文对造成牵引电机的主要惯性故障原因进行深入分析，提出在检修运用中相应的解决对策，希望能对牵引电机运用的可靠性和安全性起到积极作用。

关键词：

牵引电动机；接地故障；电机环火。

Abstract（英文摘要）

TractionmotorasmainelectricalequipmentSS4Gelectriclocomotive,oneofitsqualityisgoodorbadaboutlocomotiveoverallqualityplaysacriticalimpact.Inrecentyears,althoughthemanufacturerwithvariousresearchdepartment'sjointeffort,tractionmotorbasedqualitytobeconstantlyimprove,Butaffectedbylocomotivelongintotheroad,increasebadenvironmentandsupertonnageandsoonmanykindsofapplyingconditionfactors,fortractionmotorperformanceputforwardhigherrequirement,thereforefallrepairrateremainedhigh,givemaintenanceofproductionbringcertainpressure.

Inthispaper,themaincausetractionmotorinertialfaultreasonanalysis,thepaperputsforwardtheoverhaulusecorrespondingsolutions,inhopesoftractionmotorusingthereliabilityandsafetyplayapositiverole.

一、牵引电机概述

（一）电力机车牵引电动机工作原理认知

直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。

直流电机具有可逆性，既可作直流发电机使用，也可作直流电动机使用。

作直流发电机使用时，将机械能转换成直流电能输出；作直流电动机使用时，则将直流电能转换成机械能输出。

图1—3所示为一台直流电机简单模型图。

N、S为定子上固定不动的两个主磁极，主磁极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁，在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流，便形成一定极性的磁极。

图1-3直流发电机工作原理

在两个主磁极N、S之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体，圆柱体表面嵌有一线圈（称为电枢绕组），线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片（称为换向片）上。

换向片之间用绝缘材料构成一整体，称为换向器，它固定在转轴上（但与转轴绝缘），随转轴一起转动，整个转动部分称为电枢。

为了接通电枢内电路和外电路，在定子上装有两个固定不动的电刷A和B，并压在换向器上，与其滑动接触。

（二）SS4G电力机车牵引电动机的结构组成

脉流牵引电动机的结构与普通直流电机基本相同，主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。

定子的作用是产生磁场、提供磁路和作为牵引电动机的机械支撑，由机座、主磁极、换向极、端盖和轴承等部件组成；转子的作用是产生感应电势和电磁转矩，从而实现能量转换，由转轴、电枢铁心、电枢绕组和换向器等部件组成。

转子通过电枢轴承与定于保持相对位置，使两者之间有一个间隙，称为空气院。

此外，脉流牵引电动机还有一套电刷装置，电刷和换向器接触，以实现电枢电路与外电路的连接。

脉流牵引电动机由于发热严重，换向困难，所以它的某些部件具有特殊的结构型式。

图1－72所示为SS4型和SS4改型电力机车采用的ZD105型脉流牵引电动机的纵、横剖面图。

图1－72ZD105型牵引电动机结构图

（a）纵剖面图;（b）横剖面图.

1-电枢；2-油杯；3-刷架圈定位装置；4-油管夹；5-前端盖盖板；6-排油管；7-前端盖；8-轴承；9-前端轴承盖；10-前端外盖；11-封环；12-电枢支架；13-螺栓；14-弹簧垫圈；15-螺栓；16-弹性垫圈；17-螺栓；18-刷架装置；19-螺栓；20-弹簧垫圈；21-定子装配；22-后端盖网孔盖板；23-预成型后支架绝缘；24-后端盖；25-电枢支架；26-后端内轴承盖；27-封环；28-挡板；29-螺栓；30-止动垫圈；31-后端轴承盖；32-上抱轴瓦；33-下抱轴瓦；34-上观察孔盖；35-刷握装置；36-补偿绕组；37-轴；38-开口销；39-主极一体化装配；40-出线盒；41-接线板；42-绝缘板；43-螺栓；44-弹簧垫圈；45-油箱；46-键；47-换向极一体化装配；48-下观察孔盖；49-吊杆座；A-F级填充泥或硅橡胶密封胶。

1.定子

（1）机座

图1—73牵引电动机机座形状

（a）方形机座；（b）圆形机座；（c）主极线圈压形后，空间利用较好的圆形机座

（2）主磁极

脉流牵引电动机的主磁极（简称主极）是用来产生主磁场的，它由主极铁心和主极线圈两部分组成，如图1一74所示。

图1-74主极结构

1-主极铁心；2-铁心端板；3-主极线圈；4-铆钉；5-铁心心柱；6-补偿绕组槽；7-主极线圈接头。

（3）换向极

脉流牵引电动机的换向极用来产生换向磁场以改善电机换向性能，由换向极铁心和换向极线圈两部分组成。

（4）补偿绕组

为了改善脉流牵引电动机的换向，提高电机运行的可靠性，大容量的脉流牵引电动机设置了补偿绕组。

补偿绕组跨嵌在相邻两个主极极靴槽内，其安装情况如图1－78所示。

图1－78补偿绕组

1-主极铁心；2-补偿绕组；3-槽锲

（5）绕组接线

为了便于调节牵引电动机的磁场和改变牵引电动机的旋转方向，总是将主极线圈单独接成一个电路，用电缆直接引出；换向极线圈、电枢绕组及补偿绕组串联成为另一个电路，另外用电缆引出，引出电缆的端头装有管形的铜接头。

图1－81ZD105型牵引电动机绕组接线图

（a）换向器端；（b）非换向器端。

2.转子

（1）转轴

转轴是牵引电动机中工作最困难的部件之一，因为它不仅要传递牵引电动机产生的巨大转矩，而且还要经常承受很大的冲击载荷（特别是抱轴式牵引电动机），此时转轴将利用弹性变形来吸收大部分的冲击力。

其弹性变形虽然不大，但经常反复变形会使转轴的材料产生疲劳，甚至出现裂纹或折损。

同时，转轴上还安装着电枢铁心、换向器、滚动轴承内圈和小齿轮等零部件，使转轴经常存在着内应力。

所以，用来制造转轴的钢材必须具有很高的机械强度和足够的韧性。

电力机车牵引电动机的转轴采用优质合金钢，如铬锰钢和铬铝钢等。

（2）电枢铁心

电枢铁心是牵引电动机磁路的一部分，也是承受电磁力作用的部件。

在电枢铁心圆周表面均匀开有电枢槽，槽内嵌装电枢绕组。

由电枢铁心和电枢绕组构成了脉流牵引电动机的电枢，电枢绕组中流过电流，在磁场中受到电磁力的作用，使电枢旋转，把电能转换成机械能。

可见它们是牵引电动机中实现能量转换的枢纽，因此称之为“电枢”。

图1—82电枢冲片

1-电枢槽；2-通风孔；3-标记孔；4-轴孔；5-键槽。

（3）电枢绕组

电枢绕组是脉流牵引电动机实现能量转换的部件，把电枢线圈嵌放在电枢铁心圆周的电枢槽中，按一定规律与换向器连接起来就构成了电枢绕组。

（4）换向器

换向器是直流和脉流牵引电动机特有的重要部件，其作用是在发电机状态下将电枢绕组中产生的交变电势整流成电刷间的直流电势；在电动机状态下将输人的直流电流逆变成电枢绕组中的交变电流，以产生单方向的电磁转矩。

电机运行时，换向器既要通过很大的电流，又承受各种机械应力。

换向器工作情况的好坏，直接影响着电机的运行性能。

图1—84换向器结构

1-换向片；2-绝缘套筒；3-云母片；4-升高片；5-V形云母环；

6-换向器套筒；7-转轴；8-键；9-换向器螺栓；10-压圈。

3.电刷装置

脉流牵引电动机的换向器端装有电刷装置，其作用是使转动的电枢绕组与外电路连接起来。

电刷装置由电刷、刷握、刷握架、刷杆和刷架圈等组成，如图1—88所示。

电刷装置的结构和电刷的性能对牵引电动机换向性能影响很大，为了保证良好的换向效果，电刷装置应满足以下要求：

（1）电刷应有良好的集流性能和换向能力。

（2）刷握在换向器轴向、径向和切线方向位置都能调节。

轴向调节是为了保证电刷处在换向器中央部位；径向调节是为了保证刷盒底面与换向器表面的距离；圆周方向调节是为了保证电刷准确地处在主极中心线上。

（3）电刷和换向器工作表面应保持紧密和可靠的接触，电刷压力稳定并保持均匀不变。

（4）电刷装置应具有较高的机械强度，并能承受振动和冲击。

（5）刷杆等绝缘零件应有较高的介电强度，不因受潮、受污而造成闪络或飞弧故障。

4.电枢轴承和抱轴轴承

（1）电枢轴承

脉流牵引电动机的转子通过两个电枢轴承和端盖支撑在机座上。

现代牵引电动机大都采用承载能力大的滚柱轴承。

（2）抱轴轴承

抱轴式悬挂牵引电动机的抱轴轴承是指将电动机支承在动轮轴上的凸出结构，可采用滑动轴承或滚动轴承。

在目前技术条件下，动轮轴上安装滚动轴承还有困难，所以一般采用滑动轴承。

二、牵引电机接地现象与处理

（一）牵引电机接地的几种情况

1．牵引电机环火引弧装置向机壳放电接地

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”）。

强烈的电弧会灼伤换向器表面和电刷，对电机具有很大的破坏性。

此外：

（1）出现环火时，电弧还可能由换向器表面飞越到换向器前压圈。

转轴。

刷架圈、磁极铁心或机座上，造成电机接地，这种现象称为飞弧。

（2）环火相当于电枢绕组通过电刷直接短路，可能烧断电枢绕组并将其甩出，造成电机“扫膛”。

（3）环火时牵引电动机处于发电机运行状态。

这时，电流经环火电弧直接流人励磁绕组，使电机反电势猛增，Ea＞U，电枢绕组中产生巨大的反向短路电流，使电机处于发电机运行状态，产生一个很大的制动转矩，由于列车惯性很大而造成动轮踏面严重擦伤。

环火会给牵引电动机造成很大的破坏。

SS4型电力机车牵引电机环火是长期来未能得到彻底解决的惯性故障，为减轻环火对牵引电机的破坏程度，从1989年起株洲电力机车工厂生产的ZQ800-1型牵引电机加装了引弧装置，环火瞬间引弧装置放电间隙将电弧引向机壳从而引起主电路接地跳主断路器。

这种接地发生后，通常可以恢复主电路接地继电器的功能，合上主断路器。

继续运行。

2．活接地，也称浮接地

发生在机车负载运行中，由于牵引电机某点绝缘不良，当机车进到一定的高级位牵引电机端电压升到一定数值时，该点发生闪烙，对地爬电，造成接地，但是高电位消失后，绝缘性能又能恢复。

这种故障发生后查找起来有一定的难度。

3.死接地

它是指电机绝缘彻底被破坏，不能再自然恢复的接地故障。

此时即使机车无负载，仍将处于主电路接地状态．

（二）区分并处理三种接地故障的办法

机车运行途中发生主电路接地跳主断路器后，再合主断路器，若能台上并消除数码管显示主接地“1”，则判别为环火接地或浮接地，可在低级位尽力维持运行到站，停站后降弓打开高压柜的门，先拉下ZJDK闸刀于中间位，牵引电机故障闸刀1QGK～6QGK置中间位，取下1xc～6XC灭弧罩。

用1～3A保险丝短接其动、静触头，再合上主接地故障闸刀ZJDK保留在运转位，升弓进行牵工况下的高压试验，牵引电机电压可达1650V（因此时1QGK～6QGK在中间位，无电流流过牵引电机，故机车不会动车），若此时主接地数码管“1”不亮，不跳主断路器，说明机车是环火接地；若跳断路器，则拉下ZJDK闸刀，再升弓，牵引位进级，1分钟后再检查1XC～6XC上的保险丝，保险丝烧断者，说明此电机浮接地，将此电机切除，合上其余电机故障闸刀于运转位，则可升弓继续运行。

若运行中发生主电路接地，再合上主断路器仍显示主电路接地跳闸，说明是死接地，此时降弓进入高压室逐一拉1QGK～6QGK闸刀于中间位，用示灯（100V、8w）短接在运转位和中间位，若示灯亮，则说明该电机接地，拉下该电机故障闸刀，合上其它电机故障闸刀于运转位，则可继续运行。

若无示灯，可将1QGK~6QGK先拉至中间位，恢复主电路接地继电器，再合上主断路器，然后逐一合上1QGK～6QGK闸刀，当合至某把QGK闸刀时跳主断路器，说明该电机接地，切除后可继续运行除了牵引电机故障引发主电路接地之外，常见有7-1，7-2大线塑料夹子过热熔化，铜排落下造成接地等，在查找主电路接地的过程中应同时进行检查。

参考文献

[1]潘京涛乔士刚《电力机车电机检查与维护》自编教材

[2]潘京涛刘三元《电力机车故障分析与处理》自编教材

[3]辛大娟《电力机车电器检查与维护》自编教材

结论

经过我的不懈的努力，通过对所学知识的综合运用及拓展应用，我终于完成本篇论文，在整个设计过程中，出现过各种各样的难题，但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，通过这次论文的设计过程中我体会到：

对所学知识做总结是非常必要的，而且知识是相同的，适时地进行总结和融汇贯通会得到喜人的成果，写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写论文对设计问题的模糊认识到最后能够对该问题有深刻的认识，使深刻我体会到实践对于学习的重要性，从只是明白理论，到搜集材料进行研究分析，再进行实践体会。

让我对牵引电机转子方面的知识有了跨越式的进步，彻底改变了纸上谈兵的态度，让我真正掌握了知识和技术，做到了理论与实践相结合。

总之，通过毕业设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。

同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，逐步进行脚踏实地地完成各项指标，这样才能高效率、高质量地完成任务。

致谢

附录

图1－72ZD105型牵引电动机结构图

（a）纵剖面图;（b）横剖面图.

1-电枢；2-油杯；3-刷架圈定位装置；4-油管夹；5-前端盖盖板；6-排油管；7-前端盖；8-轴承；9-前端轴承盖；10-前端外盖；11-封环；12-电枢支架；13-螺栓；14-弹簧垫圈；15-螺栓；16-弹性垫圈；17-螺栓；18-刷架装置；19-螺栓；20-弹簧垫圈；21-定子装配；22-后端盖网孔盖板；23-预成型后支架绝缘；24-后端盖；25-电枢支架；26-后端内轴承盖；27-封环；28-挡板；29-螺栓；30-止动垫圈；31-后端轴承盖；32-上抱轴瓦；33-下抱轴瓦；34-上观察孔盖；35-刷握装置；36-补偿绕组；37-轴；38-开口销；39-主极一体化装配；40-出线盒；41-接线板；42-绝缘板；43-螺栓；44-弹簧垫圈；45-油箱；46-键；47-换向极一体化装配；48-下观察孔盖；49-吊杆座；A-F级填充泥或硅橡胶密封胶。