电力机车电机常见故障分析及日常维护方法研究

陈振棠　陈文轩

摘 要：电机是电力机车的重要组成部分，给机车提供驱动力的同时，对机车设备进行控制。由于机车电机数量及种类较多，电机故障复杂，原因查找困难，检修难度大。因此，本文结合电力机车电机实际检修过程，总结了电力机车电机常见的故障，及故障产生的原因，并给出了对应的处理方法。在此基础上，提出了电力机车电机日常维护的方法。

关键词：电力机车电机 故障分析 维护方法

Analysis on Common Faults of electric locomotive Motor and Research on Routine Maintenance Methods

Chen Zhentang，Chen Wenxuan

Abstract：Motor is an important part of electric locomotive， which provides driving force for locomotive and controls locomotive equipment. Due to the large number and types of locomotive motors， motor faults are complex， making it difficult to find the cause and make maintenance difficult. Therefore， combined with the actual maintenance process of electric locomotive motor， this paper summarizes the common faults of electric locomotive motor and the causes of the faults， and gives the corresponding treatment methods. On this basis， the daily maintenance method of electric locomotive motor is proposed.

Key words：electric locomotive motor， Fault analysis， Maintenance method

1 引言

电力机车电机的类型数量较多，其主要用于电力机车动力传动和设备控制，电力机车电机如果出现故障，会影响整个电力机车的正常运行。根据电力机车电机在实际工作中的总结，其常见的故障有电机机械结构故障、电机电气线路故障等。在电力机车电机检修工作过程中，经常会出现“故障查找难”、“故障原因复杂”等问题。因此，分析总结电力机车常见的故障，研究故障形成的原因，总结电力机车电机日常维护的方法，可提升电机日常检修的效率，对改进电力机车检修工艺具有深远的意义。

2 常见的故障及处理方法

2.1 电机无法正常启动

电力机车电机通入电流后，出现电机不旋转、无法达到额定转速、转速不稳定、抖动、停顿、发出异常的声音或震动现象等，说明电机无法正常启动工作。电力机车电机无法启动的原因很多[1]，主要总结为：

（1）电机无法正常取电。考虑电源出现损坏、电源缺相、输出电压不正常以及电源线路不通等。此外，还应考虑启动电路各元件是否出现故障，如电机启动电容损坏等。

（2）熔断丝烧断。出现熔断丝烧断故障时，应考虑电机是否过载、轴承及通风散热装置是否出现机械故障，以及电机绕组及通电线路是否短路等。

（3）电机绕组无法产生正常的磁场。根据实际情况分析，确定定子或转子绕组断路、起动绕组不工作等情况。

（4）电机轴承安装承过紧或过松。电机轴承出现过紧或过松情况时，会致使电机无法正常拖动负载运行，电机出现抖动、发出异响等现象。应考虑轴承是否有损坏。

（5）电机接线错误。主要有人为错误地将地线接错、接线柱接线不牢固等原因。

（6）电机轉子转动异常。电机转子出现卡死不转、转速达不到额定转速以及发出转动异响等现象，导致电机无法启动。主要原因有转轴出现机械故障、绕组出现机械或者电气故障等。

（7）电机负载过大导致转子转速过慢或无法转动。主要原因有牵引电机故障、负载过大等。

针对电力机车电机无法正常启动的情况，结合实际的故障原因，总结相应的处理方法如下：

（1）电机电源出现异常时，检查接入的电源是否正常、紧固熔断丝螺丝或更换损坏的熔断丝、检修电机开关电路、紧固电机接线端子等。

（2）出现熔断丝烧断时，应考虑电源线路和电机内部线路虚接、短路等情况，排查具体烧断原因，更换损坏的元件和熔断丝。

（3）当电机绕组出现电流异常，无法产生正常的磁场时，确保电源电压正常的情况下，应用万用表检查电机绕组有无断路的情况，有无绝缘层破损情况，绕组有无短路的情况，以及各绕组端子接线是否牢固，并更换故障的绕组或端子。

（4）检查电机轴承是否过紧或过松，并进行对应的调整，轴承出现损坏时，应及时更换对应型号的轴承。

（5）电机接线错误时，应用万用表测量各部分电阻，对照接线说明书接入正确的线路。如因接线错误导致其他元件出现故障，还应排查检修其他电路。

（6）电机转子转动异常时，需要进行清洁气隙的污染物，转子或定子绕组出现损坏时应及时更换对应的转子与定子绕组，并排查绕组出现损坏的原因。

（7）电机负载过大导致无法正常工作时，应检查负载过大的非人为因素，并按电机额定值要求，接入对应的负载。

2.2 电机转速出现异常

电机在运行时转速与正常值相比，出现较大的偏差或波动，常见的故障有转速过低、转速不稳定以及出现抖动或停顿现象。电力机车电机低转速主要由电机低扭矩或重负载的内外部因素造成，而高转速主要由接入电机绕组的电压异常造成。

当电力机车电机出现低转速故障时，分析其主要原因有：

（1）电源电压或电流出现异常。

（2）转子转轴受力较小或不平衡，如鼠笼式转子断裂导条，绕线式转子绕组断裂造成的缺相等原因导致电机电磁感应能力变差，引起电机转子受力减小。

（3）定子绕组松动或者断裂导致电机转子转速异常。

（4）电机启动电路异常，可能原因有变阻器无法实现变阻，起动绕组不工作等。导致启动转矩不足，电机出现低转速的情况。

（5）负载过大。当电机拖动负载远超额定值时，电机转矩达不到负载要求，出现转速降低的现象。

当电机出现低速运行故障时，常见的处理方法有：

（1）用万用表测量电源电压和电流，并核对数值是否正常，出现异常情况时，检查并排除电源的故障。

（2）测量定子的电流，若定子电流出现变化，说明转子内部绕组出现故障，使用万用表检查具体故障。

（3）及时检查定子绕组的结构及电气工作情况，出现松动或者断裂时，及时更换绕组，出现绝缘层破损或老化时，更换绝缘层保护材料。

（4）转子启动电路的工作异常时，更换变阻器或者起动绕组[2]。

（5）检查核对操作规章流程及电机说明书，给电机加载额定负荷的负载。

当电机出现高转速这种情况时，分析其主要原因为电机接入的电能出现异常，可查看电源的故障。

2.3 电机外壳带电

电机外壳带电主要由绕组短路或者接地线故障造成，常见的原因有：

（1）电机接线错误或者接地线开路。如电线接错位置、电源线脱落或者接地线断路等。

（2）电机绕组绝缘程度不达标，电源线与接线盒接触等原因导致短路。

（3）电力机车其他电气设备绝缘故障导致电机外壳及其他设备带電。

根据电机外壳带电的原因的不同，总结处理方法如下：

（1）对照电机接线说明，正确接入接地线和电源线。

（2）更换绝缘层老化的绕组，阻止绕组与电机外壳短路。

（3）检查电力机车全车工作异常的电气设备，排查漏电的位置，并更换相应的元件及器件。

2.4 轴承常见故障

电机轴承常见的故障有轴承磨损过度和轴承损坏等。当轴承损坏时，应及时更换同型号的轴承。当轴承上的摩擦力超出额定范围时，轴承上会出现异常过热的现象，其中轴承过热可能的原因有：

（1）由于外力过大或负载过重等原因导致轴承受力太大而发热。

（2）当轴承与电机转轴安装过松时，出现轴承温度过高的异常现象。

（3）轴承润滑效果差导致轴承摩擦力增大，发热增多。

（4）端盖没有正确安装，端盖与轴承之间出现大的摩擦。

轴承过热的处理方法为：

（1）轴承损坏时，及时更换轴承。轴承负载过大时，应核对说明书，电机接入额定的负载。

（2）当轴承与电机转轴安装过松时，应查找原因，更换轴承或转轴。

（3）加入足量的质量较好的润滑油。

（4）按要求正确安装端盖，注意端盖的位置以及螺丝的松紧程度。

2.5 电机运转时声音不正常

当电机运转时出现异常的声音，应及时停车并进行检查，造成这种异常声音的可能原因有：

（1）电机气隙间距过小，导致定子与转子摩擦而发出异常的声音[3]。

（2）当电机两相运转时，会有不稳定的嗡嗡声。

（3）散热风扇叶片发出异常的声音。

（4）电机传动齿轮出现磨损异常等故障，导致齿轮无法正常工作，出现异响。

（5）轴承损坏时，轴承发出异常的声音。

异常声响对应的处理方法为：

（1）从硅钢片、绕组、导条及污染物等方面排查气隙过小的具体原因。

（2）从电源相数、电路通断、开关控制等方面检查电机缺相的原因。并更换对应的器件。

（3）检查电机风扇叶片和防护罩的损坏情况，并更换。

（4）检查传动齿轮的工作状态，出现损坏时及时更换齿轮。

（5）更换损坏的轴承。

2.6 电机温升过高或冒烟

当电机内部电路或机械部件出现故障时，电机会出现温升过高的现象，可能的原因有：

（1）轴承出现故障，如轴承润滑不良、损坏等原因，导致电机转动异常，出现发热等现象。

（2）电机通风故障，导致电机散热效果不佳，或无法散热。

（3）电源电压出异常，过低或过高。

（4）绕组出现短路情况。

（5）电机的负载过大，转速降低，散热效果不明显，引起电机温升过高甚至出现冒烟的现象。

对应的处理方法：

（1）检查轴承状态，及时补充润滑剂或者更换损坏的轴承。

（2）排查通风系统异常的原因。

（3）排查电源电压异常的原因。

（4）排查短路的原因和位置，并更换损坏的绕组。

（5）检查电机的负载，并采取降温措施。

电力机车电机按电源类型可分为直流电机和三相异步电机，按工作场所可以分为牵引电机和辅助电机。根据其工作过程中常见的故障及处理方法，总结表格1所示。

3 电力机车电机维护保养方法

3.1 电机安装运行前的检查

（1）检查电机的外观、核对铭牌参数。查看电机外观是否完整、干净，有无明显的变形或损坏，电机安装是否牢固，铭牌是否清晰，并且核对电机的额定值。

（2）检查电机电源电路是否正常。判断电源电路有无断路及断路情况，测量电压与电流是否稳定。

（3）判断电机绝缘等级。利用绝缘电阻测试仪测试电机的绝缘情况，记录测试结果，对照电机说明书或相关标准，判断测试结果是否符合要求。

（4）检查电机接线是否正确。根据说明书检查电机的接线是否正确及规范，各接线颜色及编号是否与要求对应统一，是否符合电气安全标准，用万用表测量电路是否有短路的情况，接线端子压线是否牢固。

（5）检查电机电刷装置是否正常。判断电刷的机械结构有无损坏，弹簧行程是否超限。

（6）判断电机旋转是否正常。在断电保证安全的情况下，转动电机转子，判断转子有无异响及卡滞的异常情况[4]。

3.2 电机运行中检查要求

（1）检查电机的工作状态是否正常。

（2）保持电机机身干净。确保电机在可靠的环境中工作。

（3）查看电机散热叶片情况。叶片工作正常，没有碰撞声等异常声音。

（4）保持电机工作在额定值下工作。

（5）查看电机通风情况。保证电机通风畅通。

（6）滑环碳刷檢查：查看碳刷是否有火花出现，有无大幅度的跳动情况产生。

3.3 电机安装运行后的检查项目

3.3.1 电机机座

检查电机外观是否完好，排除裂纹、破损等异常情况。检查螺丝有无松动的异常情况。

3.3.2 电机绕组

检查绕组积灰程度，测试绕组绝缘是否满足要求，排除断路的情况；检查转子机械结构，判断是否出现损坏及断裂。

3.3.3 电机轴承

（1）轴承外观检查：查看轴承表面磨损及发热情况；核实轴承尺寸精度和其它指标。

（2）轴温检查：用温度计测量电机正常工作时的轴温，对照说明书及机车轴温测量数值，核查温度是否异常。

（3）振动检查：使用测振笔测量轴承的振动情况，对比参考值判断振动情况。

3.3.4 换向器

（1）外观结构检查：检查换向器外观有无破损及松动，检查部件间隙及压力大小，检查弹簧部位是否有异物。

（2）碳刷磨耗检查：测量碳刷石墨磨损程度，检查碳刷外观结构。

3.3.5 通风、冷却装置

通风冷却检查：检查通风通道有无异物灰尘堵塞，通风系统工作是否正常，冷却装置有无异常，能否达到冷却要求。

4 结语

综上所述，本文根据电力机车的实际运行环境，从电机的机械结构、电气结构、电气元件和控制线路等方面，研究了电力机车不同电机常见的故障，分析了故障产生的具体原因，总结了电机故障的常见处理方法。在此基础上，还研究了电力机车电机日常维护的方法，总结了电机全周期的维护要求。在实际检修过程中，有助于提升电力机车电机检修的准确度和效率。

参考文献：

[1]王颜明.电力机车电机维护与检修研究[J].南方农机，2019，50（22）：270.

[2]张震，刘波宏，那春龙，卢明明.大功率机车电机检修工艺改进研究[J].技术与市场，2016，23（05）：215.

[3]刘香玲.电力机车电机维护与检修[J].中国管理信息化，2016，19（02）：98.

[4]王凯俊.机车电机、部件清洗机的改进[J].中国设备工程，2012（04）：42-43.