电机集电环论文文摘

1.   电刷在集电环上正常运行的标志

    电刷在集电环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。由于这层氧化膜的存在，改变了电刷与集电环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。氧化膜是一种复合薄膜，其组成成分与电刷型号及集电环的材料成分有关。氧化膜的正常厚度在8～10O m的范围内，一般为25 m。用电子显微镜观察发现，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触。一般接触面积只有电刷总面积的千分之几左右。接触面积的大小，由电机的转速、集电环材质的硬度、加工精度、偏摆度、电刷的材质、电刷上的压力大小等因素来决定。有研究发现，外加电压小时，氧化膜是绝缘的。当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。氧化膜具有非常好的润滑性能。以石墨电刷为例，电刷与集电环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜。这层石墨膜，将电刷与集电环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生，减少了电刷的磨损。电刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。铜电刷则生成铜氧化物薄膜。

     电刷使用性能良好标志应该为：

(1)       在换向器或集电环表面能较快形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜；

(2)       电刷的使用寿命长，并不磨损换向器或集电环；

(3)       电刷具有良好的换向和集流性能，使火花抑制在允许的范围内，并且能量损耗小；

(4)       电刷运行时，不过热、噪声小、装配可靠、不破损。

2.电机运行时应注意的电刷方面的问题

    电刷和集电环的价值不高，技术含量也不高，但是，对电机的正常运行却有很大的关系，稍不注意就会造成很大的损失。因此，为确保电机的安全运行，一定要注意对电刷的日常维护和保养，尤其要注意以下几个方面的问题。

(1)            电刷装入刷握内要保证能够上下自由移动，电刷与刷握内壁的间隙在O．1—0．3 mm之间，以避免电刷和刷握之中因间隙过大产生摆动。刷握下边缘距整流子表面的距离应该保持在2 mm左右。如距离过小，刷握容易触伤换向器，距离过大，电刷易颤动而导致破损。

(2)            在同一台电机上，原则上应该使用同一种型号的电刷。对于个别换向特别困难的大中型电机，可采用双支电刷，其滑入边采用润滑性能好，滑出边采用抑止火花能力强的电刷，从而使电刷的运行得到改善。

(3)            电刷磨损到一定程度要更换新的电刷。电刷最好一次全部更换。如果新旧混用，可能会出现电流分布不均匀的现象。对于大型机组，停机更换电刷，势必影响生产，可以选择不停机。我们通常建议客户的做法是每次更换20％的电刷(即每台电机的每个刷杆的20％)，每次间隔时间为1—2周，待磨合再逐步更换其余电刷，以保证机组的正常连续运行。

(4)            为了使电刷与换向器接触良好，新电刷应该进行磨弧度，磨弧度一般在电机上进行。在电刷与换向器之间放置一件细玻璃砂纸，在正常的弹簧压力下，沿电机旋转方向研磨电刷。砂纸应该尽量粘紧换向器，直至电刷弧面吻合，然后取下砂纸，用压缩空气吹净粉尘，再用软布擦拭干净。研磨电刷不宜采用金刚砂纸，以防金刚砂颗粒嵌入换向器槽内，在电机运行时擦伤电刷和换向器表面。磨弧后，电机先以20％ 一30％负荷运转数小时，使电刷和换向器磨合，并建立均匀的氧化薄膜。再逐步提高电流至额定负荷。

(5)            施于同一台电机各电刷的单位压力应力求均匀，以免电流分配不均，导致个别电刷产生过热和火花。电刷的单位压力应按“电刷技术性能表”来选择。对于转速较高的电机或在振动条件下工作的电机，应适当提高单位压力，以保证正常工作。通常电刷单位压力过高，使电刷的磨损加剧，单位压力过小，接触不稳定，容易出现机械火花。

(6)            运行检查：加强定期与不定期的设备巡回检查工作，正常情况下，工作人员每天必须对发电机电刷进行两次检查(上午一次，下午一次)，用红外测温仪测量集电环和电刷的温度。夏季高峰负荷期间以及无功和电压波动较大时应缩短温度测量间隔，更换的新碳刷做重点检查。有条件的单位应定期用红外热像仪测量集电环和电刷的温度。并做好巡回检查设备运行工况记录。

3.有关电刷故障的几点分析及建议

    加强对电刷表面氧化膜的认识，创建其形成和正常工作的条件。有些故障的发生，主要原因是因为电刷表面的氧化膜润滑层无法形成。氧化膜的形

成需要一些条件，当条件不满足时，氧化膜无法形成或形成不良。主要有以下几个原因：

(1) 温度过高：电刷的氧化膜一般在70℃ 左右较易形成。当集电环、电刷出现过热故障时，通常温度都在15O℃ 以上。此时即使换上新的电刷，氧化膜也不易形成，无法起到润滑作用，电刷磨损将加剧，导致温度继续升高，成为恶性循环。此时可采取外部强迫降温的方法，譬如涂抹凡士林、大功率风扇通风等手段，使集电环温度降到正常范围内，持续一段时间，让电刷表面氧化膜逐渐形成，使之进入良陛循环状态。

(2) 冷却空气中有污染性杂质：空气中的杂质对电刷表面氧化膜的形成将带来不利影响。这些杂质包括：硫化物或卤族元素的腐蚀性气体、空气中油气混合物、粉尘、铁屑、铁锈粉尘、碳粉等其他杂质。电刷磨损时，本身会产生碳粉的粉尘杂质。可采用在刷架罩冷却通风循环通道上安装过滤装置来改善刷架罩内的空气质量。

(3) 空气湿度太低或含氧量太低：电刷表面氧化膜的形成需要空气中有一定的水分含量，即空气湿度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要与空气中的氧气发生氧化作用而产生，当含氧量过低时也不利于氧化膜的形成。

氧化膜无法形成或形成不良除与上述因素有关外，还有电刷过度研磨、使用溶剂进行擦拭、集电环表面光洁度不良以及碳刷材质不合格等原因。

1.电刷压力调整不当

电刷压力过小时会使电刷与集电环接触不良，容易产生火花使集电环过热，有时甚至烧蚀集电环使之出现麻点；电刷压力过大时会使电刷与集电环的摩擦力增大，这不仅加剧机械磨损，而且会使集电环因摩擦发热较多产生过热。

解决的办法：适当调整电刷与压紧弹簧间的压力。具体要求是各电刷所受压力均匀稳定，其单位压力一般在(15～25)kPa之间，各电刷之间的压力差在平均值的±5%以内。另外，尽管随着电刷的磨损压紧弹簧能自动调整，使电刷压力基本稳定，但仍需经常检查电刷的工作状态，确保电刷在刷握内能自由滑动，无卡刷现象与过热现象发生。

2. 电刷与刷握的间隙不符合要求

电刷与刷握之间的间隙过小，会使电刷在刷握内上下自由滑动困难，甚至有可能卡住电刷；电刷与刷握之间的间隙过大，会使电刷在电机运转时晃动，与集电环接触不稳定，甚至使电刷“啃边”。以上两种情况都能够使集电环过热，还有可能使电刷与剧握侧壁产生电流通路，出现电刷附焊。

解决的办法：选择恰当结构的电刷型式，清理刷握内表面与电刷外表面，使两者配合良好。具体要求是：电刷的结构型式与刷握一致，清理刷握内表面光滑平整无毛刺，其粗糙度小于3．0～3．2um；电刷外表面研磨光滑，并使电刷与刷握之间的宽度间隙为0.1～ 0.4mm之间，厚度间隙为0.05～0.3Omm之间。

一般使每块电刷的载流量不超过80A。

校核电机与其拖动的机电设备的水平，调整好间隙。一般要求电机运行时，转子轴向移动的间隙不超过轴径的2% 。

对椭圆度超差的集电环进行削磨．使各环直径之差不超过外径的1%，不圆度小于0．06mm；对径向偏摆超限的集电环进行修复，使集电环工作面的偏摆不超过O．03mm。

3.维护方面

及时清扫

及时清扫集电环表面与刷握内的碳粉；用干净的白布蘸汽油擦集电环表面，使其保持洁净光亮。防护罩上的灰尘，应及时清扫，可增加防护罩上的散热孔，或用8号铁丝另编防护罩取代原来的防护罩，以改善通风散热的条件。此外，还要注意消除污染源。

及时更换电刷

当电刷磨去整个高度的三分之二时就要及时更换。更换电刷时要注意：① 新电刷要与原来使用的电刷型号相同；

② 每次更换电刷的数目不宜过多．否则困新电刷的有效接触面积减少，会使电流密度增大过多，一般要求每相上更换的电刷不超过该相电刷总数的1/4；

③ 新电刷要磨合工作面，磨合时可把0号砂布条包绕在集电环上，再装上新电刷，然后转动转子使集电环上的砂布条旋转，摩擦电刷的工作面，使其与集电环有3/4的接触面。

及时维修集电环

及时维修集电环。在维修时，要视集电环损蚀的程度采取相应的方法。如果集电环是灼伤痕深度小于1mm、损伤面积在20%下的轻度损蚀，则可先用细锉与油石打磨，然后用0号抛光砂布清除毛刺与麻点，最后用白布蘸少许机油对集电环表面精抛光。如果集电环的灼伤痕深度超过1mm、损伤面积超过20%，则应对集电环进行车磨，其中对容量不大的电机，可拆卸转子上车床进行车削；对于容量较大的电机，转子拆装困难，可在轴伸端加装一小轮盘(或直接利用负载传动机构)，然后用一台小电动机拖动转子旋转，再用锉刀、油石进行较大强度锉磨。无论大小电机，其集电环在进行车削或锉磨后，再用0号砂布研磨工作面，然后用砂布背面或粗纸紧贴集电环表面进行抛光，最后用旧砂布或白布蘸少许机油对集电环表面进行精抛光．使维修后的集电环表面粗糙度在1.2um左右。