第二章 电机

第一节 副司机应知

二等副司机(中级)

155.电力机车牵引电机的功用是什么?

在牵引工况下，牵引电机作电动机运行，把电能转换成机械能，产生轮周牵引力，驱动机车牵引列车。在制动工况下，牵引电机作发电机运行，将列车运行的动能转换成电能，消耗于电阻(电阻制动)或反馈于电网(再生制动)而产生制动力，使列车作恒速或减速运行。

156．简介SS7型电力机车牵引电动机的型号、构造

SS7型电力机车牵引电动机的型号为ZD111型，其结构主要由定子、转子、电刷装置等部分组成。

157．试述全叠片无机壳结构机座的优点

全叠片无机壳结构机座，其叠片是由1 mm厚的钢板冲制而成，冲片呈12边形，带有主极铁心及补偿槽。其有如下优点：

(1)改善电机脉流及过渡过程的换向性能；

(2)主极铁心与机轭连成一体，能保证主极的等分精度，从而提高定子装配质量；

(3)磁路均匀，可减小电机的速率特性差异；

(4)机座与主极线圈的配合面均为平面，因此主极线圈不需压弧，这样既可简化线圈的制造和安装工艺，又有利于改善线圈的散热条件。

158．试述ZD111型牵引电动机主磁极的组成

ZD111型牵引电动机的主磁极由主极铁心和主极线圈组成。主极铁心与机轭连在一起，铁心冲片的极靴部分有8个向心半开口补偿槽(6个大槽，2个小槽)，以安装补偿绕组。

159．试述ZD111牵引电动机中装有哪些部件来改善电动机的整流条件

在SS7电力机车采用的ZD111型牵引电动机中，装有换向极、补偿绕组及均压线，用于改善整流条件。另外，在主电路的设计中，在牵引电动机的主极串励线圈的两端还并联有一个固定分路电阻，来进一步改善电动机的整流条件。

160．脉流对牵引电动机的工作有什么不利影响?

由于牵引电动机电流中存在的交流分量，在具有相同直流负载的情况下，脉流电机中铜耗和铁耗都较直流电机高，故电机发热比较严重。另一方面，由于在电机换向元件中产生交变电抗电势和变压器电势，使换向条件恶化。所以，尽管脉流电机和直流电机在原理上是相同的，但在设计脉流电机时必须考虑这一特殊情况。

161．简述ZD111型牵引电动机换向器的结构及作用

ZD111型牵引电动机换向器采用燕尾拱式结构，它主要由换向片、云母片、V形云母环、云母套筒、换向器套筒、换向器压圈和紧固螺栓等组成。

换向器的作用是将外电路的直流电经电刷变为交变电流供给电枢绕组。

162．试述ZD111型牵引电动机电刷架装置的结构及作用

ZD111型牵引电动机的电刷架装置由联线、刷架圈、刷握装置、锁紧装置和定位销件组成。电刷架装置为可旋转式，便于更换电刷或维修电刷装置。刷架圈上安装有6个刷握装置，每个刷盒有3个刷孔，每孔装有双分裂电刷一块，整台电动机共用墙块电刷。

电刷装置的作用是使转动的电枢绕组与外电路连接起来。

163．试述ZD111型牵引电动机出线盒标志

ZD111型牵引电动机的两个出线盒设在电机抱轴侧的上方，如图2-1所示。

ZD111型牵引电动机的引出线共有6根：非换向端有4根分别为主极串励绕组引出线 D1和D2及他励绕组引出线F1和F2，换向器端有2根电枢电路(包括电枢绕组及电刷、换向极绕组和补偿绕组)的引出线A1和B2，它们都固定在接线盒内的接线装置上。

164．SS7型电力机车的辅助系统设置了哪些辅机机组?

在SS7型电力机车辅助系统中设置有：2台异步劈相机、2台牵引通风机组、2台稳定电阻通风机组、1台变压器通风机组、4台变流装置通风机组、2台空气压缩机组、1台变压器油泵、2台空调机组、1台辅助压缩机组(直流电机)。

165．简述SS7型电力机车劈相机的型号及主要结构和作用

SS7型电力机车劈相机型号为YPX-280M-4型。主要结构由定子和转子两部分组成，定子部分由定子铁心、定子绕组、机座、端盖组成。转子部分由转子铁心、转轴和转子绕组组成。

其作用是将由主变压器的辅助绕组a7-b7-x7供给的单相交流电变为辅助电动机需要的三相交流电。

166．什么是旋转磁场?三相交流电如何产生旋转磁场?

旋转磁场就是以一定的速度，按一定的方向，不断转动的磁场。

当三相交流电分别通入电动机的三相定子绕组时，在每个定子绕组的周围产生一个交变的磁场，这三个分别变化着的磁场合成一个旋转磁场。

167．试述劈相机启动电阻的主要结构及特点

劈相机启动电阻主要由电阻带、瓷绝缘子、钢骨架、接线端等组成。

启动电阻采用框架螺旋式，经接触器跨接在劈相机的发电相和电动相之间。它是在劈相机启动时，短时投人工作。

168．为什么对电机轴承加油不能过多或过少?

电机轴承加油太少了，会润滑不良，造成发热烧损；加油太多，则当轴承温度升高时，造成散热不良，也会发热甚至烧损轴承。同时油太多还容易窜进电机内，降低绝缘。如果油窜至换向器表面就会产生火花，烧坏电机。一般加油量应占整个轴承空间的1／3为宜。

一等副司机(高级)

169．试述ZD111型牵引电动机机座的功用和结构

牵引电动机机座起机械支撑和导磁磁路两种作用。它既用来作安装电机所有零件的外壳，又是作为联系各磁极的导磁磁轭。

ZD111型牵引电动机采用的是全叠片无机壳机座。机座的主要导磁部分为钢板叠片组(即机座铁心)。机座铁心在一定压力下通过12块筋板与两端压圈焊接成一个整体，并用12根附极拉杆、6根主极拉杆加以紧固。

机座两端装有端盖，在换向器端的上方设有进风口，还设有上下两个观察孔作维护检查之用。

机座的一侧为抱轴部分，其上方设有两个接线盒；另一侧有杆座和安全托。

170．ZD111型牵引电动机为什么要设补偿绕组?补偿绕组为什么与电枢绕组串联?

为了抑制横轴电枢反应对主极气隙磁通的畸变影响，使换向器片间电压分布均匀，从而减少发生环火的可能性，本电机设置了补偿绕组。

由于电枢反应与电机负载电流(电枢电流)大小的变化有关，所以将补偿绕组与电枢绕组串联，使补偿磁场的强度和负载的大小成正比变化，补偿磁场和电枢本身产生的磁场相等而抵消，从而克服了电枢反应对牵引电机工作带来的不利影响。

171．SS7型电力机车在电路中采用了哪些方法来减少脉流对牵引电机的不利影响?

由于脉动电流对牵引电机的工作产生不利影响，为减少电流的脉动程度，在SS7型电力机车电路中采取如下方法来改善电机的工作条件。

(1)在电枢电路中串联平波电抗器。利用平波电抗所具有的感抗，来减少电流的脉动程度。

(2)在牵引电动机的主极串励绕组上并联固定分路电阻。在主极串励绕组并联固定分路电阻后，主极串励绕组可以认为是一个无电阻的纯电感电路，而固定分路电阻可以认为是一个无电感的纯电阻电路。这样，电枢通过脉动电流时，其中的大部分交流分量通过了电阻电路，直流分量大部分通过主极串励绕组，使主极串励绕组中的脉动成分大大减少，降低了电机换向元件的变压器电势，改善了牵引电机的工作条件。

172．试述ZD111型牵引电动机的刷握装置结构及技术要求

ZD111型牵引电动机共有6个刷握装置，分别安装在刷架圈上。刷握装置由电刷、压指、弹簧、调节螺栓、刷盒、刷杆、刷杆座等部分组成。

一般技术要求：

(1)为保证良好换向，各刷握装置之间在φ500 mm的圆周上的不等分度不得超过0．5 mm。

(2)电刷为双分裂式，其尺寸为2×10mm×40 mm×55mm，牌号为D374；

(3)电刷压力为27．4～33．4 N；

(4)刷盒与换向表面的距离为1．5～3．5 mm；

(5)电刷与刷盒孔的间隙，长度方向为0．1～0．3 mm，宽度方向为0．08～0．254 mm；

(6)端盖上放电板与刷盒的放电距离为12．5 mm±1 mm。

173．试述刷架的维护保养

(1)刷杆是刷握对地的绝缘部件，其表面有聚四氟乙烯层，应经常擦拭以清除碳粉、油污，保持其表面清洁。检修时，应仔细检查刷杆表面，发现裂纹、严重烧损或表面严重拉伤时应及时更换。

(2)检查刷握压指是否转动灵活。压指弹簧是否有锈蚀现象，弹簧压力是否在30．4 N±3 N范围内，在出现压指变形、裂纹和折损，弹簧变形等现象时，应及时更换。

(3)电刷与刷盒的配合间隙必须保证电刷在刷盒内上下自由灵活运动，若间隙过大容易引起电刷振动或电刷偏磨，若间隙过小会妨碍电刷上下活动，电刷在刷盒中的间隙应符合规定值。

(4)电刷在换向器表面的接触面积不应小于电刷全面积85％，否则应予研磨，研磨电刷时用00号玻璃砂纸。研磨电刷时，最好采用专用的研磨工具。如用手工研磨时，应注意砂纸紧贴换向器表面。

(5)电刷磨耗过限(高度报废尺寸为30 mm)或产生崩裂，刷辫松动、变色等缺陷时，应更换电刷，更换后的电刷应按有关要求予以研磨。

(6)电刷牌号为D374B，不得乱用其他牌号的电刷，同台电机应用同一厂家电刷。

(7)整个刷架装置在制造厂已校好中性位置并定位，因而刷架系统尽量避免拆卸，在必须转动刷架圈或拆卸刷盒、刷座、刷杆等零部件时，在拆卸后应重校中性线，并装好定位件。

174．日常检查电机时应注意什么?

日常检查电机应注意以下几个方面：

(1)检查各电机时，应注意机体、轴承端盖、轴承护板、磁极、检查孔盖和接线盒及线卡是否牢固。

(2)换向器表面应清洁光滑，呈光亮的古铜色，不应有拉伤、烧损的痕迹。换向器焊接状态应良好，云母槽的深度应符合规定。

(3)电刷有无过限、裂纹和缺损，接触是否良好，弹簧压力是否适当，刷握与刷架有无松动。

(4)电机各部应清洁，绝缘应良好线路应完整，磁极气隙应均匀。

(5)电机的通风应良好。通风网无堵塞、无破损、无异物。

175．日常保养电机应注意什么?

(1)脏和潮湿会使绝缘降低。换向器表面脏会产生火花，应经常用干燥压缩空气定期吹扫，用汽油擦拭换向器。

(2)振动会造成换向困难。绝缘磨破会造成短路或接地。

(3)注意换向片间云母槽不应积聚炭粉及铜毛刺，刷杆绝缘套应干净。

(4)按规定向电机各轴承加油，注意油堵完整，盖应密封，防止油渗进电机内。

(5)运行中，注意电机不要超过负荷，启动时力求平衡；各保护装置作用良好，严禁盲目切除和变动。

176．电力机车为何要装设辅助机组?

电力机车在运行中许多设备如变压器、变流装置、牵引电机、制动电阻等会发出大量的热需要通风机进行冷却；变压器需要装设油泵强迫变压器油循环；机车和列车的制动、受电弓升弓以及车上各种气动机械需要压缩机提供工作风源等。另外，这些辅助装置需要三相电动机驱动，机车上的单相电源需要变成三相电源提供给三相异步电动机，为此还设置了旋转式异步劈相机来实现电源的转换。

177．劈相机为什么要采用特殊启动方式?SS7型电力机车劈相机是如何启动的?

当劈相机电动相绕组接入单相电源后，在其两相绕组中便产生一脉振磁场。此时，劈相机由于没有启动力矩，转子不会旋转。因此，劈相机必须采取特殊的启动方法。

SS7型电力机车的劈相机采取电阻分相启动法，启动时在发电相接入电阻，使发电相与电动相两相电流之间有一相位差，从而产生旋转磁场，在转子上产生启动力矩。当电机转速达到同步转速80％～90％时，劈相机启动继电器动作，将启动电阻切除，劈相机启动完毕，投入空载运行。

178．试述使用劈相机时应注意事项

(1)劈相机启动时间不能过长，一般为3 s左右。在最低网压(19 kV)不超过15 s，在高网压(29 kV)下，要防止过早切除启动电阻，致使劈相机在低速大电流下单相堵转。一般情况下，连续启动次数不超过3次，如仍启不动，则应查明原因消除故障后，方可再启动。

(2)劈相机启动结束后，方可以逐步接通电负载。在运行中要防止接触网突然断电后，劈相机转速下降到1 200 r／min以下，不带电阻重新启动劈相机。

(3)劈相机在停止工作前应先断开各电机负载。

第二节 司机应知

二等司机(高级)

179．简介SS7型电力机车牵引电动机的主要参数

额定功率：小时制／持续制………………………………………850kW／800kW

额定电压／最高恒功电压……………………………………925V／1 030V

额定电流：小时制／持续制……………………………………………980A／925A

最小恒功电流/起动电流…………………………………………830A／1 350A

额定转速／最高转速………………………………………845 r／min／2005 r／min

励磁方式：复励串励…………………………………………固定磁场分路87％

复励他励…无级磁场削弱(额定励磁电流210 A，最小励磁电流32 A)

励磁率……………………………………βmax）=95．4％，βmin=41．8％

绝缘等级……………………………………………………………………H级

悬挂方式………………………………………………………………抱轴式

传动方式…………………………………………………………单侧直齿轮传动

齿轮传动比…………………………………………………………74／17=4．353

型式……………………………强迫通风、带补偿绕组六极复励脉流牵引电动机

180．试述主极线圈的组成及在不同的工况下是如何工作的

主磁极由串励线圈(串励线圈靠近机座一侧)和他励线圈两部分组成。在牵引工况时串励线圈的电流即电枢电流IA根据司机控制指令，按机车牵引制动特性曲线的控制变化，他励线圈电流If跟随电枢电流IA按下式变化：If=0．227IA。进入恒功无级磁场削弱区，维持电枢电流IA不变，逐渐降低他励电流If进行无级磁场削弱。在制动工况，断开串励线圈，在电枢电路中串入稳定电阻。机车在高速区域靠改变励磁电流(他励电流If)来调节制动电流(电枢电流IA)。

181．试述SS7型电力机车逆向加负荷有何危害

逆向加负荷就是指牵引电动机在运行中换向并加负荷，这是绝对不允许的。

因机车在运行中，牵引电动机工作在电动机状态，如果这时施行换向后，改变的仅是牵引电动机的电枢电流方向，其转向并不会立即改变，这时牵引电动机自然进入发电机状态，在这种情况下主电路中的三台并联牵引电动机(一侧)输出的电流与变流装置整流输出的电流方向一致，两电源叠加一起给负载供电，此时的负载仅是电路中的导线，在极短的时间就会将牵引电动机烧损。所以在机车未停稳以前，电传动机车严禁换向和加负荷。

182．怎样划分电机的火花等级?

火花的大小程度可分为5个等级。

1级表示无火花。

1(1/4)级电刷边缘及小部分有微弱的火花点或者非放电性红色小火花。换向器上没有黑痕，电刷上没有灼痕。

1(1/2)级电刷边缘大部分或全部有轻微的火花。换向器上有黑痕，但用汽油可除去，同时在电刷上有轻微灼痕。

2级电刷边缘全部或大部分有强烈的火花。换向器上有黑痕，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。电机不允许在这种情况下长期运行。

3级在电刷的整个边缘有强烈的火花，同时有大火花飞出。换向器上严重发黑，用汽油不能擦掉，而且电刷有烧焦和损坏。

1级、1(1/4)级、1(1/2)级火花，均认为持续运行中是无害的火花。在2级火花作用下，换向器表面会出现炭渣和黑色痕迹，如运行时间延长，黑色痕迹也将扩展，同时，电刷和换向器的磨耗也显著增加，所以，2级火花只允许在短时间内出现。3级火花是不允许运行的。

183．如何鉴定换向器表面的工作状态?

在观察换向器表面情况，主要注意是氧化膜的形成状态。正常的表面呈均匀的、有光泽的薄膜，其薄膜的颜色可以略深，呈古铜色。当换向器表面变黑，又无光泽，且局部有黑痕、烧蚀和电弧斑点等现象；或表面变粗糙，氧化膜较厚或无氧化膜形成；或不均匀磨损时，均认为表面处于不正常状态。

184．在劈相机的发电相与电动相之间为什么要并联补偿电容?

由劈相机供电的电负载是随机车运行工况的不同而改变的。当负载变化或单相电网电压在一定范围内波动时，劈相机的端电压亦要随着改变，特别是发电相与负载变化密切相关，这将影响劈相机三相电压的不对称，虽然，在设计时为了保证负载端电压的对称性，采用了不对称定子绕组，但为了确保在负载改变时劈相机端电压也有较好的对称度，特在劈相机电动相与发电相之间并联一定数量的补偿电容，以确保辅助机组的可靠运行。

185．SS7型电力机车各辅助机组电动机主要参数

辅机电动机参数表

电机名称 额定功率 额定电压 额定电流 额定转速 极数 接法

劈相机 57kW 输入单相380V

输出三相380V 输入单相200A

输出三相90A 1 499 r／min 4 Y

牵引风机 60kW 390V* 110A 1 475 r／min 4 Y

制动风机 14kW 380 V 27.5A 2900 r／min 2 △

变压器风机 20kW 390 V 56A 1 470 r／min 4 Y

变压器油泵 10kW 380V 19.44A 2920 r／min 2 △

变流装置风机 4.5kW 390 V 8.2A 2910 r／min 2 Y

空气压缩机 37kW 380V 70A 983 r／min 6 Y

辅助压缩机 1.1kW 110V 13A 1 500 r／min

186．简述三相感应电动机的作用原理

三相交流电通入三相感应电动机定子绕组后，在电机中产生旋转磁场。这个旋转着的磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流。感应电流和旋转磁场相互作用，产生了电磁转矩，使转子随旋转磁场的转向转动。

187．三相感应电动机为什么又称为异步电动机?

感应电动机的启动是由定子绕组产生的旋转磁场来完成的。如果电动机的转速与旋转磁场的转速相同，则转子导体与旋转磁场间就不再有相对运动，转子导体不再切割磁力线产生感应电势，因此也就不存在电磁力矩了。所以，这种电动机只能以落后于旋转磁场的转速旋转，不可能与旋转磁场同步，故感应电动机又有异步电动机之称。

188．三相异步电动机单相启动为什么会烧损?

当单相交流电源作用于三相感应电动机时，单相交流电通过定子绕组只能产生一个脉振磁场，不能拖动转子旋转，转子也就不可能建立起反电势。在此情况下，定子绕组的电流等于电源电压除以绕组的电阻，因此，电流值很大，时间长了，电机就有烧毁的可能。

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189．试述电机产生火花的原因

(1)电刷与换向器接触不良，电刷在刷盒中松旷或卡死，弹簧压力不当；

(2)换向器表面不清洁，有油污或片间槽内积炭；

(3)换向器变形凸片，片间绝缘凸出；

(4)轴承间隙大，均衡块脱掉造成电机振动；

(5)使用的电刷性能、材质不合要求，或电刷牌号不一致；

(6)届0架松动或不在中心线上，各磁极下气隙不等；

(7)电枢绕组短路、断路或均压线及换向片焊接不良；

(8)主磁极、换向极连接点氧化、松动。

190．什么叫环火?产生环火的原因有哪些?环火有何危害?

环火是指正负电刷间有很长的电弧相连，或者是电弧把电刷与机壳连通的现象。

产生环火的原因有两种：一种是由于电磁或机械方面的原因在电刷下产生了火花，如果条件适合会发展成环火，例如，在负载变动剧烈时便容易发生环火；另一种引起环火的原因是电刷磨损而产生的刷粉、电刷碎片或其他导电灰尘掉入云母片间的云母沟槽中，形成了片间导电桥，如果条件适当，也会发展成环火。

环火是一种很危险的现象，它会烧坏整流子表面，甚至引起飞弧接地，可在很短的时间内把电机损坏。因此，研究环火现象，找出其产生原因，从而防止电机工作时发生环火，有着十分重要的意义。

191．什么叫相序?怎样改变三相感应电动机的旋转方向?

对称正弦三相电的振幅和频率相同，而在相位上彼此相差120°。A相超前B相120°，B相超前C相120°，C相超前A相120°。三相电由A到B再到C的这个顺序叫做三相电的相序。

感应电动机转子的转向，是由感应电动机定子所产生旋转磁场方向来决定的。旋转磁场方向与三相电压的相序有关，即旋转磁场总是按由A到B再到C的方向旋转。如果将 AX线圈通入电流iB，BY线圈通入电流iA，iC仍通人CZ线圈，即改变了加在三相线圈上的电压的相序(此时相序为B-A-C)。这时，旋转磁场的旋转方向与原来方向相反。所以，若要改变电动机转向时，只需把三相电源接到定子绕组的三根引线中任意两根对调一下就行了。

192．试述三相异步电动机的接线方式

接线方式有星形接法和三角接法两种，如图2-2所示。

异步电动机接线方式是指定子绕组引出线的连接方式。接线方式不同，绕组所承受的电压就不同。如电动机铭牌接线方式注明A／Y、220 V／380 V，是指电动机绕组为△形接线时，应接于220V线电压(此类线电压不常用)；接成Y时，则应接于380 V线电压。这种铭牌标注常应用在额定功率4 kW以下的电动机，对于大功率的电动机在铭牌

上只注明一个额定电压(线电压)及一种接线方法，如额定电压380 V、接法Y形；额定电压380 V、接法△形。因此，在接法上不能错误，要严格按照铭牌的标注相应接线。

193．试述SS7型电力机车各辅机三相异步电动机都采用了何种接线方法。如果接法错误有何危害?

采用星形接法的有：劈相机、牵引通风机电机；采用三角形接法的有：稳定电阻通风机电机、变压器油泵电机、空气压缩机电机、变流装置通风机电机。

如果将Y形接法的三相绕组误接成△形接线时，则异步电动机每相绕组所承受的相电压较原电压增加为1．73倍。例如，电源电压为380 V，电动机接成Y形运行时，每相绕组电压为220 V，若错接成△形运行，则每相绕组电压便升高到380 V。这时定子电流必将增大而导致铁心及绕组过热，将使电动机被烧毁。如果将△形接线的三相绕组误接成Y形接线时，则异步电动机每相绕组所承受的相电压变为原电压的58％。例如，电源电压为380 V，电动机接成△形运行时，每相绕组电压为380 V，若错接成Y形运行时，则每相绕组电压减小到220 V，这样电动机的转矩将减小到额定转矩的1／3，这时，电动机所拖动的负载未变，为了克服负载的阻力矩，这就迫使定子电流增加，使转矩尽力去平衡负载阻力矩，从而造成过载发热，长时间运转将导致温升超过允许值而造成电机绝缘性能降低。同时，也会使电动机的功率因数和效率下降。

194．辅机交流接触器断不开时。为什么不能直接关断劈相机?

SS7型电力机车上各三相异步电动机所需的三相电源，是由劈相机将主变压器辅助绕组输出的单相交流电变成三相交流电供给的。而在这三相交流供电电路中，有两相电是由辅助绕组输出的单相电源直接供给，而另一相则是由劈相机的发电相供给。只有当劈相机正常的启动运转后，才能形成三相交流供电电路。否则，只是一个单相交流供电电路，无法使三相电动机正常启动运转。因此，在电路控制程序中，保证了在劈相机正常启动运转后，才能接通三相电动机负载。由于用电负载功率较大，控制通路的接触器在频繁地通断过程中难免发生机械犯卡或触指熔接故障，造成接触器不能正常的断开，致使电动机不能正常的停止而仍在运转。此时如直接关断劈相机工作，势必造成故障接触器所控制的三相电动机单相运行而损坏。为避免此事故，在操作上应先分断主断路器以直接切断总电源，再关断劈相机的控制电路。