第四章直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却 换向”是装有换向器电机运行时的薄弱环节,对电机正常运行有很大的影 响,也是评定电机质量优劣的标准之一。由于牵引电动机特殊的工作条件,使换 向更为困难,尤其是由脉动电源供电的脉流牵引电动机,其换向性能更加恶化。 牵引电动机功率大,结构尺寸又受到安装空间的限制,发热极为严重。为降 低电机的温度,牵引电动机在结构、材料、工艺上采取了许多措施,大功率牵引 电动机,还采用专门的通风系统进行冷却。 本章依据换向的经典理论讨论换向问题,并注重研究直流和脉流牵引电动机 换向的特殊问题,寻求改善换向的方法。还介绍了牵引电动机常用的通风冷却方 第一节换向的基本概念 火花现象和火花等级 人们从生产实践中发现,直流电机运行时,其电刷与换向器之间常常伴有火 花。火花通常出现在电刷的后刷边,发生火花是直流电机换向不良的直接表现 如果火花在电刷上范围很小,亮度微弱,呈浅蓝色,它对电机运行并无危害,不 必要求绝对没有火花。但当火花在电刷上范围较大,比较明亮,呈白色或红色, 就会灼伤换向器及电刷,影响电机的正常运行。因此,火花的大小直接反映了直 流电机换向性能的好坏。 我国国家标准“电机基本技术要求”(GB755-2000)中,对直流电机换向 器上的火花等级作了规定,见表4-1 表4-1火花等级 火花级别 电刷下火花的特点 换向器及电刷的状态 无火花 电刷边缘仅小部分有微弱的点状火花,或有非放电换向器上没有黑痕,电刷上没有灼痕 性的红色小火花 换向器上有黑痕,但用汽油能擦去同时在电刷上 电刷边缘大部分或全部有轻微的火花 有轻微的灼痕 换向器上有黑痕,用汽油不能擦去,同时电刷上有 电刷边缘全部或大部分有强烈的火花 灼痕。如短时出现这一级火花换向器上不出现灼 痕,电刷不被烧焦或损坏 换向器上黑痕相当严重用汽油不能擦除,电刷上 电副的整个边缘有强烈的火花同时有大火花飞出有灼痕。如在这一级火花下艇时运行则在换向器上 将出现灼痕,同时电刷将被烧焦或损坏
第四章 直流和脉流牵引电动机的换向及通风冷却 “换向”是装有换向器电机运行时的薄弱环节，对电机正常运行有很大的影 响，也是评定电机质量优劣的标准之一。由于牵引电动机特殊的工作条件，使换 向更为困难，尤其是由脉动电源供电的脉流牵引电动机，其换向性能更加恶化。 牵引电动机功率大，结构尺寸又受到安装空间的限制，发热极为严重。为降 低电机的温度，牵引电动机在结构、材料、工艺上采取了许多措施，大功率牵引 电动机，还采用专门的通风系统进行冷却。 本章依据换向的经典理论讨论换向问题，并注重研究直流和脉流牵引电动机 换向的特殊问题，寻求改善换向的方法。还介绍了牵引电动机常用的通风冷却方 法。 第一节 换向的基本概念 一、火花现象和火花等级 人们从生产实践中发现，直流电机运行时，其电刷与换向器之间常常伴有火 花。火花通常出现在电刷的后刷边，发生火花是直流电机换向不良的直接表现。 如果火花在电刷上范围很小，亮度微弱，呈浅蓝色，它对电机运行并无危害，不 必要求绝对没有火花。但当火花在电刷上范围较大，比较明亮，呈白色或红色， 就会灼伤换向器及电刷，影响电机的正常运行。因此，火花的大小直接反映了直 流电机换向性能的好坏。 我国国家标准“电机基本技术要求”（GB755—2000）中，对直流电机换向 器上的火花等级作了规定，见表 4—1。 表 4-1 火花等级
表中1级、1级均为无害火花,允许电机在这些火花等级下长期运行。在 2级火花作用下,换向器上会出现灰渣和黑色的痕迹。随着运行时间的延长,黑 色痕迹将逐渐扩展,电刷和换向器磨损也显著增加,因此,2级火花只允许短时 出现。电机运行时绝不允许出现3级火花。 直流和脉流牵引电动机由于工作条件恶劣,如负载急剧变化、电网电压波动 强烈的机械振动和冲击、在脉动电压下工作等,都使电机换向更加困难。为了保 证牵引电动机运行可靠,直流牵引电动机在运行时的火花等级应限制在下述范围 内:在额定磁场和各削弱磁场级位上正常运行时,火花不应超过1级;在其他 情况下(如短时冲击负载)运行时,火花不应超过2级。对于脉流牵引电动机, 其换向条件更为困难,允许在2级火花下持续运行。此时,换向器表面将发黑, 但只要不损坏换向器工作表面,这种火花是允许的。 直流和脉流牵引电动机在运行过程中的火花情况,除使用专门伩器测量外, 很难直接观察。因此,通常以换向器及电刷表面状态作为确定火花等级的主要依 据 二、换向的物理过程 为了解每个电枢元件中电流换向的过程,以一个单叠绕组元件为例来进行分 析。为了简便起见,假设电刷宽度b等于一个换向片片距Bk,电刷固定不动, 换向器以线速度v向左移动。所讨论的换向元件用粗线表示,它和换向片1及2 相接,如图4-1所示。 场 图4—1换向元件中电流的换向过程 (a)换向开始:(b)换向期间:(c)换向结束
表中 1 级、1 4 1 级均为无害火花，允许电机在这些火花等级下长期运行。在 2 级火花作用下，换向器上会出现灰渣和黑色的痕迹。随着运行时间的延长，黑 色痕迹将逐渐扩展，电刷和换向器磨损也显著增加，因此，2 级火花只允许短时 出现。电机运行时绝不允许出现 3 级火花。 直流和脉流牵引电动机由于工作条件恶劣，如负载急剧变化、电网电压波动、 强烈的机械振动和冲击、在脉动电压下工作等，都使电机换向更加困难。为了保 证牵引电动机运行可靠，直流牵引电动机在运行时的火花等级应限制在下述范围 内：在额定磁场和各削弱磁场级位上正常运行时，火花不应超过 1 2 1 级；在其他 情况下（如短时冲击负载）运行时，火花不应超过 2 级。对于脉流牵引电动机， 其换向条件更为困难，允许在 2 级火花下持续运行。此时，换向器表面将发黑， 但只要不损坏换向器工作表面，这种火花是允许的。 直流和脉流牵引电动机在运行过程中的火花情况，除使用专门仪器测量外， 很难直接观察。因此，通常以换向器及电刷表面状态作为确定火花等级的主要依 据。 二、换向的物理过程 为了解每个电枢元件中电流换向的过程，以一个单叠绕组元件为例来进行分 析。为了简便起见，假设电刷宽度 b b 等于一个换向片片距 k ，电刷固定不动， 换向器以线速度 K v 向左移动。所讨论的换向元件用粗线表示，它和换向片 1 及 2 相接，如图 4－1 所示。 图 4－1 换向元件中电流的换向过程 （a）换向开始；（b）换向期间；（c）换向结束
开始换向瞬间,电枢转到电刷与换向片1相接触的位置,如图4-1(a)所 示。这时换向元件属于电刷右边的一条电枢绕组支路,元件中流过的电流i等于 电枢绕组支路电流n,设此电流的方向为正;当电枢转到电刷与换向片1及2都 接触的位置时,如图4-1(b)所示,换向元件被电刷短路,这时随着换向器的 继续移动,换向元件中的电流i开始减小。当i减小到零之后,再反向增加;当 电枢转到电刷只与换向片2接触时,如图4-1(c)所示,换向元件属于电刷左 边的一条电枢绕组支路,这时元件中的电流仍等于电枢绕组支路电流,但其方 向与原来相反,即为一i。至此,该元件换向结束 如上所述,当旋转的电枢元件从电枢绕组一条支路经过电刷进人电枢绕组另 一条支路时,该元件中电流从一个方向变换到另一个方向。电枢绕组元件中电流 方向的改变称为换向 换向元件从换向开始到换向结束所经历的时间称为换向周期,以T表示, 如图4-2所示,T也就是换向过程中换向器在空间移动距离b所需的时间。换 向周期T是很短的,通常只有千分之几秒。应该指出,换向周期T虽然很短, 但换向过程却很复杂,不仅仅是单一的电磁变化过程,同时还出现了机械、电化 学与电热等现象,而且它们之间又相互影响,这样,给研究换向问题带来极大的 困难 T 图4-2电枢绕组元件中电流的变化 三、换向元件中的电势及换向电流 换向过程也就是电枢绕组元件被电刷短路的过程,被电刷短路的元件中电流 (即换向电流)的变化规律,取定于闭合回路中的电势和电阻。图4-3所示为换
开始换向瞬间，电枢转到电刷与换向片 1 相接触的位置，如图 4-1（a）所 示。这时换向元件属于电刷右边的一条电枢绕组支路，元件中流过的电流 i 等于 电枢绕组支路电流 a i ，设此电流的方向为正；当电枢转到电刷与换向片 1 及 2 都 接触的位置时，如图 4-1（b）所示，换向元件被电刷短路，这时随着换向器的 继续移动，换向元件中的电流 i 开始减小。当 i 减小到零之后，再反向增加；当 电枢转到电刷只与换向片 2 接触时，如图 4-1（c）所示，换向元件属于电刷左 边的一条电枢绕组支路，这时元件中的电流仍等于电枢绕组支路电流 a i ，但其方 向与原来相反，即为－ a i 。至此，该元件换向结束。 如上所述，当旋转的电枢元件从电枢绕组一条支路经过电刷进人电枢绕组另 一条支路时，该元件中电流从一个方向变换到另一个方向。电枢绕组元件中电流 方向的改变称为换向。 换向元件从换向开始到换向结束所经历的时间称为换向周期，以 TK 表示， 如图 4－2 所示， TK 也就是换向过程中换向器在空间移动距离 b b 所需的时间。换 向周期 TK 是很短的，通常只有千分之几秒。应该指出，换向周期 TK 虽然很短， 但换向过程却很复杂，不仅仅是单一的电磁变化过程，同时还出现了机械、电化 学与电热等现象，而且它们之间又相互影响，这样，给研究换向问题带来极大的 困难。 图 4－2 电枢绕组元件中电流的变化 三、换向元件中的电势及换向电流 换向过程也就是电枢绕组元件被电刷短路的过程，被电刷短路的元件中电流 （即换向电流）的变化规律，取定于闭合回路中的电势和电阻。图 4-3 所示为换
向元件的电路图 图4-3换向元件电路图 1.换向元件中的电势 换向元件由于电流换向和受到外磁场的作用,将产生下列电势。 (1)电抗电势e 电枢绕组元件中通过电流时,在元件的槽部和端部将产生漏磁通。由于换向 元件中的电流在很短的换向周期T内由+变为-n,所产生的漏磁通也相应地 变化。根据电磁感应定律,当闭合回路中磁链变化时,将产生反电势,力图阻止 磁链的变化,即阻止电流的变化,这种反电势称为电抗电势。在换向元件中由于 元件本身的电感而产生自感电势e,;对整距元件,同槽中上、下层元件将同时 换向,因此上、下层元件产生的漏磁通也相交链,所以,在该元件中除了自感电 势e,外,还产生互感电势e灬。自感电势e和互感电势e,之和,称为电抗电势ε 即 e,=e +eM=-l (4-1) 式中L一一换向元件的合成电感系数,包括自感和互感 d i d电流变化率。 根据电磁感应定律可以判断,电抗电势e的方向与换向前的电流方向一致, 即换向元件中电抗电势e的作用是阻碍电流换向的。图4-4画出了电抗电势的 方向及所研究的换向元件和它所产生的漏磁通
向元件的电路图。 图 4-3 换向元件电路图 1.换向元件中的电势 换向元件由于电流换向和受到外磁场的作用，将产生下列电势。 （1）电抗电势 r e 电枢绕组元件中通过电流时，在元件的槽部和端部将产生漏磁通。由于换向 元件中的电流在很短的换向周期 TK 内由 a + i 变为 a − i ，所产生的漏磁通也相应地 变化。根据电磁感应定律，当闭合回路中磁链变化时，将产生反电势，力图阻止 磁链的变化，即阻止电流的变化，这种反电势称为电抗电势。在换向元件中由于 元件本身的电感而产生自感电势 L e ；对整距元件，同槽中上、下层元件将同时 换向，因此上、下层元件产生的漏磁通也相交链，所以，在该元件中除了自感电 势 L e 外，还产生互感电势 M e 。自感电势 eL和互感电势 M e 之和,称为电抗电势 r e , 即： dt di e e e L a r = L + M = − r （4-1） 式中 Lr——换向元件的合成电感系数，包括自感和互感； dt dia 一电流变化率。 根据电磁感应定律可以判断，电抗电势 r e 的方向与换向前的电流方向一致， 即换向元件中电抗电势 r e 的作用是阻碍电流换向的。图 4—4 画出了电抗电势的 方向及所研究的换向元件和它所产生的漏磁通
图4-4换向元件中的漏磁通及电抗电势的方向 电抗电势e的大小取定于电枢电流和转速,电流越大,转速越高,则电抗电 势e越大,电机换向就越困难。 (2)电枢反应电势e 电机负载运行时,除了主磁场外,还存在电枢磁场,如图4-5所示。在几 何中心线处,主磁场等于零,但存在着较强的电枢磁场。当电枢旋转时,处于几 何中性线上的换向元件,将切割交轴电枢磁场而产生电枢反应电势e。根据右手 定则可以判断en的方向也是与换向前的电流方向相同,即e和e方向一致,都 是阻碍电流换向的 图4-5电枢反应磁场图 1-交轴电枢磁势:2-交轴电枢反应磁密:3-换向元件
图 4—4 换向元件中的漏磁通及电抗电势的方向 电抗电势 r e 的大小取定于电枢电流和转速，电流越大，转速越高，则电抗电 势 r e 越大，电机换向就越困难。 （2）电枢反应电势 a e 电机负载运行时，除了主磁场外，还存在电枢磁场，如图 4－5 所示。在几 何中心线处，主磁场等于零，但存在着较强的电枢磁场。当电枢旋转时，处于几 何中性线上的换向元件，将切割交轴电枢磁场而产生电枢反应电势 a e 。根据右手 定则可以判断 a e 的方向也是与换向前的电流方向相同，即 a e 和 r e 方向一致，都 是阻碍电流换向的。 图 4－5 电枢反应磁场图 1-交轴电枢磁势；2-交轴电枢反应磁密；3-换向元件
3)换向电势e 上面所讨论的两个电势e,和en,是没有安装换向极的电机中换向元件所感 应的电势,它们都是阻碍电流换向的。为了改善换向,容量在1kw以上的直流电 机都安装有换向极,换向极安装在几何中性线上。换向极极性应正确,以使它的 磁势与交轴电枢反应磁势相反,如图4-6所示。这样,当换向元件切割换向极 磁场时,感应产生换向电势e,其方向与e和e相反,用来抵消e和e对换向 的不利影响。 N N e 图4-6有换向极时的磁场图 交轴电枢磁势:2-换向极磁势:3-合成磁势 因此,当电机换向时,换向元件回路内合成电势等于以上电势之和,即 ∑e=er+ea-ek (4-2) 当换向电势ε选择的合适,使e=e+e,恰好可以互相抵消时,换向元件 中的合成电势力Σ=0,此时电机能得到满意的换向。如果换向极磁场不合适, 则合成电势就不等于零,这时在换向元件中将产生附加电流。过大的附加电流
3）换向电势 k e 上面所讨论的两个电势 r e 和 a e ，是没有安装换向极的电机中换向元件所感 应的电势，它们都是阻碍电流换向的。为了改善换向，容量在 1kw 以上的直流电 机都安装有换向极，换向极安装在几何中性线上。换向极极性应正确，以使它的 磁势与交轴电枢反应磁势相反，如图 4－6 所示。这样，当换向元件切割换向极 磁场时，感应产生换向电势 k e ，其方向与 r e 和 a e 相反，用来抵消 r e 和 a e 对换向 的不利影响。 图 4－6 有换向极时的磁场图 1-交轴电枢磁势；2-换向极磁势；3-合成磁势。 因此，当电机换向时，换向元件回路内合成电势等于以上电势之和，即： r a k e = e + e − e （4 一 2） 当换向电势 k e 选择的合适，使 k r a e = e + e ，恰好可以互相抵消时，换向元件 中的合成电势力 e = 0 ，此时电机能得到满意的换向。如果换向极磁场不合适， 则合成电势就不等于零，这时在换向元件中将产生附加电流。过大的附加电流
会使电机换向恶化。 2.换向元件中的电阻 图4-3所示换向元件电路,若不计元件及引线电阻,换向回路的电阻即是 电刷与换向片间的接触电阻。接触电阻的大小可认为和电刷接触面积成反比,设 R为电刷总接触电阻,R、R2分别为电刷与换向片1、2的接触电阻,则: R=R R,=R (4-3) 3.换向元件中的电流 由图4-3所示的换向元件电路,可得换向元件回路的电势平衡方程式为 Gn+)R1-(n-l72 换向元件中电流的变化规律为 i=ia tk )r t-it+ix 式中i1——直线换向电流 ik--附加换向电流 在换向过程中,换向元件中电流的变化情况可根据1的不同,分为电阻换向、 延迟换向和超越换向3种基本类型,如图4-7所示。 ∑e>0 ∑e<0 图4—7换向元件中电流的变化规律 (a)电阻换向:(b)延迟换向:(c)超越换向
会使电机换向恶化。 2．换向元件中的电阻 图 4—3 所示换向元件电路，若不计元件及引线电阻，换向回路的电阻即是 电刷与换向片间的接触电阻。接触电阻的大小可认为和电刷接触面积成反比，设 R 为电刷总接触电阻，R1、R2分别为电刷与换向片 1、2 的接触电阻，则： T t T R R K K − 1 = t T R R K 2 = （4—3） 3.换向元件中的电流 由图 4—3 所示的换向元件电路，可得换向元件回路的电势平衡方程式为 (i i)R (i i)T e a + 1 − a − 2 = 换向元件中电流的变化规律为 L K K K K a i i T T t R e T t i i = + − + • = + 2 2 1 （4-4） 式中 L i ——直线换向电流； K i ——附加换向电流。 在换向过程中，换向元件中电流的变化情况可根据 1 的不同，分为电阻换向、 延迟换向和超越换向 3 种基本类型，如图 4—7 所示。 图 4—7 换向元件中电流的变化规律 （a）电阻换向；（b）延迟换向；（c）超越换向
(1)电阻换向 当e=e,+en时为理想换向情况,此时,元件中的合成电势∑e=0,换向 元件中电流的变化仅取决于换向元件回路的电阻,故称为电阻换向。因为此时换 向电流i对时间t按直线关系变化,所以电阻换向又称为直线换向,如图4-7 (a)所示 直线换向的特点是电刷接触面上电流密度的分布始终是均匀的,它是一种理 想的换向情无,在电刷与换向器之间不产生火花 (2)延迟换向 在一般情况下,换向电势e并不可能恰好抵消电抗电势en和电枢反应电势 en,若换向极磁场较弱,则e<en+en,合成电势∑e≠0,则换向元件中产生 附加电流讠们根据楞次定律可知,i是阻止换向电流i变化的。当i=0时,电 流改变方向的时刻比直线换向时推迟,故称为延迟换向,如图4-7(b)所示。延 迟换向说明换向极磁势较弱,故又称为欠补偿换向 由图4-8(a)可见,由于ix与1;同方向而与i2反方向,相应地使后刷边(即 滑出换向器的一边)的电流密度增大,前刷边(即滑入换向器的一边)的电流密 度减小,破坏了电刷下电流密度分布的均匀性,这对换向是不利的,可能产生火 花 后 刷 2ia 图4-8∑e≠0时的换向电流图 (a)延迟换向:(b)超越换向 (3)超越换向
(1)电阻换向 当 k r a e = e + e 时为理想换向情况，此时，元件中的合成电势 e = 0 ，换向 元件中电流的变化仅取决于换向元件回路的电阻，故称为电阻换向。因为此时换 向电流 i 对时间 t 按直线关系变化，所以电阻换向又称为直线换向，如图 4—7 （a）所示。 直线换向的特点是电刷接触面上电流密度的分布始终是均匀的，它是一种理 想的换向情无，在电刷与换向器之间不产生火花。 （2）延迟换向 在一般情况下，换向电势 k e 并不可能恰好抵消电抗电势 r e 和电枢反应电势 a e ，若换向极磁场较弱，则 k r a e e + e ，合成电势 e 0 ，则换向元件中产生 附加电流 K i 们根据楞次定律可知， K i 是阻止换向电流 i 变化的。当 i=0 时，电 流改变方向的时刻比直线换向时推迟，故称为延迟换向，如图 4—7(b)所示。延 迟换向说明换向极磁势较弱，故又称为欠补偿换向。 由图 4－8(a)可见，由于 K i 与 1 i ；同方向而与 2 i 反方向，相应地使后刷边（即 滑出换向器的一边）的电流密度增大，前刷边（即滑入换向器的一边）的电流密 度减小，破坏了电刷下电流密度分布的均匀性，这对换向是不利的，可能产生火 花。 图 4—8 e 0 时的换向电流图 （a）延迟换向；（b）超越换向。 （3）超越换向
若换向极磁场较强,则e>en+e,∑e≠0。在这种情况下,换向元件中 的附加电流改变了方向,即与换向电势e的方向相同,是帮助换向的。当i 0时,电流改变方向的时刻比直线换向时提前,故称为超越换向,如图4-7(c) 所示。超越换向说明换向极磁势较强,故又称为过补偿换向 由图4-8(b)可见,由于ik与i2同方向而与i1反方向,相应地使前刷边电流 密度增大;后刷边电流密度减小,从而也破坏了电刷下电流密度分布的均匀性 同样对电机换向不利。 第二节产生火花的原因 直流电机的换向问题十分复杂,产生火花的原因也是多种多样的。通过不断 实践和分析研究,到目前为止,对产生火花通常归纳为电磁、机械和化学等3个 方面的原因。 、电磁原因 早期认为,产生火花的原因是由于电刷接触面电流密度太大所至。但实践证 明,产生火花的原因并不是电流密度大。因为在近乎直线换向时,即使平均电流 密度达到200A/cm2以上,后刚过电流密度达到350~400A/cm2时,也没有发生 火花。而电机正常运用时,当电刷平均电流密度仅为8~20A/cm2。可见,这种 认识并不符合实际 经过不断实践和长期研究,目前对电磁原因有以下几种看法: (1)当电机处于直线换向时,尽管电流密度可能很大,但电刷下不会产生 火花。 (2)当延迟换向不太严重时,在换向开始和结束瞬间,附加换向电流i都 等于零,这时,后即边电流密度虽然很大,但井不产生火花。只有过分延迟换向 时,当t=Tx,。还未降到零,在换向元件和电刷断开瞬间,换向元件中的;以 电磁能量L1的形式释放出来,当这部分能量足够大时,后刷边就会产生火花 因此,可以认为,附加换向电流;过大是产生火花的电磁原因。 (3)当电机工作在严重超越换向时、前刷边电流密度增大,同时电刷与换 向片刚开始接触,仅有少数点接触。使这个增大的电流集中在电刷与换向片开始
若换向极磁场较强，则 k r a e e + e ，e 0 。在这种情况下，换向元件中 的附加电流 K i 改变了方向，即与换向电势 k e 的方向相同，是帮助换向的。当 i ＝0 时，电流改变方向的时刻比直线换向时提前，故称为超越换向，如图 4—7(c） 所示。超越换向说明换向极磁势较强，故又称为过补偿换向。 由图 4－8(b)可见，由于 K i 与 2 i 同方向而与 1 i 反方向，相应地使前刷边电流 密度增大；后刷边电流密度减小，从而也破坏了电刷下电流密度分布的均匀性， 同样对电机换向不利。 第二节 产生火花的原因 直流电机的换向问题十分复杂，产生火花的原因也是多种多样的。通过不断 实践和分析研究，到目前为止，对产生火花通常归纳为电磁、机械和化学等 3 个 方面的原因。 一、电磁原因 早期认为，产生火花的原因是由于电刷接触面电流密度太大所至。但实践证 明，产生火花的原因并不是电流密度大。因为在近乎直线换向时，即使平均电流 密度达到 200A／cm 2以上，后刚过电流密度达到 350～400A／cm 2时，也没有发生 火花。而电机正常运用时，当电刷平均电流密度仅为 8～20A／cm 2。可见，这种 认识并不符合实际。 经过不断实践和长期研究，目前对电磁原因有以下几种看法： （1）当电机处于直线换向时，尽管电流密度可能很大，但电刷下不会产生 火花。 （2）当延迟换向不太严重时，在换向开始和结束瞬间，附加换向电流 K i 都 等于零，这时，后即边电流密度虽然很大，但井不产生火花。只有过分延迟换向 时，当 K K t = T ,i 。还未降到零，在换向元件和电刷断开瞬间，换向元件中的 K i 以 电磁能量 2 2 1 r K L i 的形式释放出来，当这部分能量足够大时，后刷边就会产生火花。 因此，可以认为，附加换向电流 K i 过大是产生火花的电磁原因。 （3）当电机工作在严重超越换向时、前刷边电流密度增大，同时电刷与换 向片刚开始接触，仅有少数点接触。使这个增大的电流集中在电刷与换向片开始
接触的少数点上,导致电刷局部过热而在前刷边出现火花或电弧。 二、机械原因 牵引电动机在运行中受到强烈振动,换向器、转子和电刷装置不良也会引起 电机产生火花,这类火花称之为机械火花。 机械火花的产生可以归纳为两大类: 1.换向器及电机旋转部分的缺陷 (1)个别换向片或云母片凸出 (2)换向器偏心、转子动平衡不好 (3)换向器工作表面污染、有毛刺、斑痕或拉伤沟纹等 (4)换向器工作表面变形,如呈椭圆形、腰形或锥形等。 2.电刷装置的缺陷 (1)电刷接触面研磨的不光滑,接触不良或只是局部接触 (2)电刷在刷盒中间隙不合适,造成跳动、倾斜或卡死现象 (3)电刷上压力不适当; (4)刷握装置不稳固,造成刷握位置偏离几何中心线 (5)刷架圈的定位不准确或安装不牢固等。 产生机械火花的原因是多种多样的,有时可能是几种原因同时起作用。因此 在电机零部件生产和组装时,必须精心制造和严格工艺要求。电机运行时,一旦 出现火花,应仔细观察和具体分析。一般来说,机械火花和电磁火花是有区别的 机械火花呈红色或黄色,连续而较粗,沿切线方向飞出,且在换向器表面产生没 规律的黑痕。电磁原因引起的火花呈白色或蓝色,连续而细小,基本上都在后刷 边燃烧,换向器上留下有规律的黑色痕迹。 三、化学原因一换向器滑动面的薄膜 以前,主要是以电磁理论方面来研究换向,分析产生火花的原因。但实际上, 换向问题相当复杂,除电磁原因和机械原因会导致火花外,化学原因也将导致直 流和脉流牵引电动机在运行中产生火花。 在正常情况下,当电机长期运行之后,换向器滑动面会覆盖一层很薄的薄膜, 电刷在与换向器接触时,并不是直接与换向器钢片本身接触,而是通过这层薄膜 与换向器铜片接触。要获得良好的换向,除保持电磁和机械方面的良好条件外
接触的少数点上，导致电刷局部过热而在前刷边出现火花或电弧。 二、机械原因 牵引电动机在运行中受到强烈振动，换向器、转子和电刷装置不良也会引起 电机产生火花，这类火花称之为机械火花。 机械火花的产生可以归纳为两大类： 1.换向器及电机旋转部分的缺陷 （1）个别换向片或云母片凸出； （2）换向器偏心、转子动平衡不好； （3）换向器工作表面污染、有毛刺、斑痕或拉伤沟纹等； （4）换向器工作表面变形，如呈椭圆形、腰形或锥形等。 2.电刷装置的缺陷 （1）电刷接触面研磨的不光滑，接触不良或只是局部接触； （2）电刷在刷盒中间隙不合适，造成跳动、倾斜或卡死现象； （3）电刷上压力不适当； （4）刷握装置不稳固，造成刷握位置偏离几何中心线； （5）刷架圈的定位不准确或安装不牢固等。 产生机械火花的原因是多种多样的，有时可能是几种原因同时起作用。因此 在电机零部件生产和组装时，必须精心制造和严格工艺要求。电机运行时，一旦 出现火花，应仔细观察和具体分析。一般来说，机械火花和电磁火花是有区别的。 机械火花呈红色或黄色，连续而较粗，沿切线方向飞出，且在换向器表面产生没 规律的黑痕。电磁原因引起的火花呈白色或蓝色，连续而细小，基本上都在后刷 边燃烧，换向器上留下有规律的黑色痕迹。 三、化学原因一换向器滑动面的薄膜 以前，主要是以电磁理论方面来研究换向，分析产生火花的原因。但实际上， 换向问题相当复杂，除电磁原因和机械原因会导致火花外，化学原因也将导致直 流和脉流牵引电动机在运行中产生火花。 在正常情况下，当电机长期运行之后，换向器滑动面会覆盖一层很薄的薄膜， 电刷在与换向器接触时，并不是直接与换向器钢片本身接触，而是通过这层薄膜 与换向器铜片接触。要获得良好的换向，除保持电磁和机械方面的良好条件外
