小型直流电机电刷冒火的处理和分析
小型直流电机电刷冒火的处理和分析
池永 [吉林热电厂] 2003-08-04
1 设备状况
吉林热电厂5号发电机，为前苏联1958年产品，容量为50MW ，型号为TB-60-2，冷却方式 为氢 外冷。以氢作为冷却介质的发电机组，氢的密封油系统起着至关重要的作用，密封油系统的 转机 为交流和直流密封油泵，当发电机前瓦油压低于110kPa 后瓦油压低于115kPa 时，联动备用泵 (交流泵运行时联动直流泵；直流泵运行时联动交流泵；两泵均未运行时，只联直流泵) 。 1998年6月3日至26日进行5号发电机大修，由于原交、直流密封油泵漏油，而且效率低 ，机检更换了密封油泵，容量由6.0kW 升至7.5kW ，这样，原苏联安装的直流密封油泵电 机 及回路已不符合要求，需要重新设计安装。新安装的直流密封油泵铭牌为：JB1104-68，型 号为Z 2-42，额定功率为7.5kW ，电压为220V ，额定电流为41.5A ，额定转速为3000转/分， 励磁电压为220伏，励磁电流为0.65A ，锡山市直流电机厂出品(立式电机) 。
2 处理经过
98年6月20日，电机到货后进行解体检查，首先进行了电枢绕组片间直 流电阻的测量，以及绕组的绝缘电阻和直流电阻的测量，均符合工艺规程的要求，然后安装 就位，起动后，电机电刷严重冒火，电流表满刻度(量程0～75A) 。安装的回路，经再次检查 ，无问题。又对电刷几何中心线进行校核，没有大的变化。6月21日 ，把电机放到试验台进行试验。因电机刚出厂，且整体无缺陷，怀疑为接线故障(即换相极 绕组和串励绕组) 。于是，甩掉串励绕组，加直流220V 电源，空载起动正常，然后把串励绕 组的引线盒接头C 1，C 2反接，再次空载起动，无问题，带负载后，一切正常。(这说明C 2，C 1与实际引线盒接反，应为左C 1，右C 2)
3 故障分析
3.1 直流电机本身起动电流大，当起动时，n=0,e=0,I st =(u-e)/ra，一般直流电机r a 很小，I st 可达到额定电流的10～20倍，这样大的起动电流，将使电机受
到不能允许 的电磁力和温升，并使换向严重恶化，而电机带负载起动时，又要求产生足够大的起动转矩 。我们采用电枢回路串变阻器起动(分两级甩电阻) ，将起动电流限制在允许的范围内，使转 速平稳上升，并具有足够大的转矩，能在较短时间内起动完毕。(此次更换的直流密封油泵 与6号发电机更换的直流密封油泵参数一致，只是厂家不同，6号发电机直流密封油泵更换时 ，我们采用就是此回路，回路图见图1。) 所以，此次电刷冒火，经检查，我们认为起动回 路无问题，不是变阻器故障引起电流增加所致。
HJ-通用继电器 ZC-直流接触器 TJ-通用继电器 1ZC-直流接触器 R-电阻器 2ZC-直流接触器 ○〖KG-*4/5][HT6〗A 〖HT5”〗-直流电流表 H1～H2-换向极绕组接头 B1～B2-并励绕组接头 C1～C2-串励绕组接头
图1 直流密封油泵电机回路图
3.2 电刷质量不合格或型号不合适，电刷不在几何中性线，电刷压力不均匀以及电刷和电 枢接触面小，电机振动大，电枢不平衡等，都会导致电刷冒火。但此次处理时，我们分别排 除了上面各项原因，而且电机又是新电机，经过试验无先天缺陷，而电机起动时，电流表满 偏 ，且起动后仍满偏，所以我们怀疑是串励绕组接反。因为，此电机励磁方式属
于积复励，并励绕组起主要作用，以保证空载时产生额定端电压，当有负载时，串励绕组起助磁作 用，以补偿负载时电枢反应的去磁作用和电枢回路的总电阻压降。当串励绕组接反时，其去磁 作用使 ? 减小，导致e 减小，使ia 增加，更加剧了去磁作用。我们知道，在换向过程中，换向元件 中，有电抗电动势er 和旋转电动势ek ，两者方向相反。当电枢电流ia 急剧增加时，换向元件 中的电抗电动势er 也随之急剧增加，但是由于换向极铁芯中涡流的阻尼作用，使er 比ek 大很 多，形成严重的延迟换向，后刷边出现火花和电弧。此外，电枢电流ia 增加，引起强烈的电 枢反应，使气隙磁场发生严重畸变，出现电位差环火，当电刷下的电弧被拉长到与电位差环 火汇合到一起时，最终导致环火，电机在很短时间内将被烧毁。
∑e=er+ek (1)
ik=∑e/(rb1+rb2) (2)
ia=(u-e)/ra (3)
e=cE?n (4)
4 结束语
直流电机电刷冒火的故障经常发生，其原因是非常复杂的，但是，只要我们本着实事求是的 原则，不断提高自身的理论和实践水平，认真分析和研究，汇集集体的智慧，问题是完全可 以解决的。