電機集電環(huán)論文文摘
1. 電刷在集電環(huán)上正常運行的標志
電刷在集電環(huán)上運行時，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩(wěn)定的氧化膜，這是電機運行良好的主要標志之一。由于這層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環(huán)的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長使用壽命。氧化膜是一種復合薄膜，其組成成分與電刷型號及集電環(huán)的材料成分有關。氧化膜的正常厚度在8～10O m的范圍內，一般為25 m。用電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，電刷與集電環(huán)接觸面是由無數(shù)個點相接觸。一般接觸面積只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機的轉速、集電環(huán)材質的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質、電刷上的壓力大小等因素來決定。有研究發(fā)現(xiàn)，外加電壓小時，氧化膜是絕緣的。當電壓升高到一定值時，氧化膜被擊穿。當擊穿后，不管電流如何增加，由于導電點的增加、導電面積的擴大，則接觸電壓保持恒定。氧化膜具有非常好的潤滑性能。以石墨電刷為例，電刷與集電環(huán)接觸表面起潤滑作用的潤滑層主要是石墨膜。這層石墨膜，將電刷與集電環(huán)分開，使摩擦在石墨潤滑層間進行，降低了摩擦系數(shù)，減少了摩擦熱的產(chǎn)生，減少了電刷的磨損。電刷的過熱故障，很多情況是由于氧化膜被破壞且無法重新建立導致的。銅電刷則生成銅氧化物薄膜。
電刷使用性能良好標志應該為：
(1) 在換向器或集電環(huán)表面能較快形成一層均勻、適度和穩(wěn)定的氧化薄膜；
(2) 電刷的使用壽命長，并不磨損換向器或集電環(huán)；
(3) 電刷具有良好的換向和集流性能，使火花抑制在允許的范圍內，并且能量損耗??；
(4) 電刷運行時，不過熱、噪聲小、裝配可靠、不破損。
2.電機運行時應注意的電刷方面的問題
電刷和集電環(huán)的價值不高，技術含量也不高，但是，對電機的正常運行卻有很大的關系，稍不注意就會造成很大的損失。因此，為確保電機的安全運行，一定要注意對電刷的日常維護和保養(yǎng)，尤其要注意以下幾個方面的問題。
(1) 電刷裝入刷握內要保證能夠上下自由移動，電刷與刷握內壁的間隙在O．1—0．3 mm之間，以避免電刷和刷握之中因間隙過大產(chǎn)生擺動。刷握下邊緣距整流子表面的距離應該保持在2 mm左右。如距離過小，刷握容易觸傷換向器，距離過大，電刷易顫動而導致破損。
(2) 在同一臺電機上，原則上應該使用同一種型號的電刷。對于個別換向特別困難的大中型電機，可采用雙支電刷，其滑入邊采用潤滑性能好，滑出邊采用抑止火花能力強的電刷，從而使電刷的運行得到改善。
(3) 電刷磨損到一定程度要更換新的電刷。電刷最好一次全部更換。如果新舊混用，可能會出現(xiàn)電流分布不均勻的現(xiàn)象。對于大型機組，停機更換電刷，勢必影響生產(chǎn)，可以選擇不停機。我們通常建議客戶的做法是每次更換20％的電刷(即每臺電機的每個刷桿的20％)，每次間隔時間為1—2周，待磨合再逐步更換其余電刷，以保證機組的正常連續(xù)運行。
(4) 為了使電刷與換向器接觸良好，新電刷應該進行磨弧度，磨弧度一般在電機上進行。在電刷與換向器之間放置一件細玻璃砂紙，在正常的彈簧壓力下，沿電機旋轉方向研磨電刷。砂紙應該盡量粘緊換向器，直至電刷弧面吻合，然后取下砂紙，用壓縮空氣吹凈粉塵，再用軟布擦拭干凈。研磨電刷不宜采用金剛砂紙，以防金剛砂顆粒嵌入換向器槽內，在電機運行時擦傷電刷和換向器表面。磨弧后，電機先以20％ 一30％負荷運轉數(shù)小時，使電刷和換向器磨合，并建立均勻的氧化薄膜。再逐步提高電流至額定負荷。
(5) 施于同一臺電機各電刷的單位壓力應力求均勻，以免電流分配不均，導致個別電刷產(chǎn)生過熱和火花。電刷的單位壓力應按“電刷技術性能表”來選擇。對于轉速較高的電機或在振動條件下工作的電機，應適當提高單位壓力，以保證正常工作。通常電刷單位壓力過高，使電刷的磨損加劇，單位壓力過小，接觸不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)機械火花。
(6) 運行檢查：加強定期與不定期的設備巡回檢查工作，正常情況下，工作人員每天必須對發(fā)電機電刷進行兩次檢查(上午一次，下午一次)，用紅外測溫儀測量集電環(huán)和電刷的溫度。夏季高峰負荷期間以及無功和電壓波動較大時應縮短溫度測量間隔，更換的新碳刷做重點檢查。有條件的單位應定期用紅外熱像儀測量集電環(huán)和電刷的溫度。并做好巡回檢查設備運行工況記錄。
3.有關電刷故障的幾點分析及建議
加強對電刷表面氧化膜的認識，創(chuàng)建其形成和正常工作的條件。有些故障的發(fā)生，主要原因是因為電刷表面的氧化膜潤滑層無法形成。氧化膜的形
成需要一些條件，當條件不滿足時，氧化膜無法形成或形成不良。主要有以下幾個原因：
(1) 溫度過高：電刷的氧化膜一般在70℃ 左右較易形成。當集電環(huán)、電刷出現(xiàn)過熱故障時，通常溫度都在15O℃ 以上。此時即使換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無法起到潤滑作用，電刷磨損將加劇，導致溫度繼續(xù)升高，成為惡性循環(huán)。此時可采取外部強迫降溫的方法，譬如涂抹凡士林、大功率風扇通風等手段，使集電環(huán)溫度降到正常范圍內，持續(xù)一段時間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進入良陛循環(huán)狀態(tài)。
(2) 冷卻空氣中有污染性雜質：空氣中的雜質對電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響。這些雜質包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵銹粉塵、碳粉等其他雜質。電刷磨損時，本身會產(chǎn)生碳粉的粉塵雜質?？刹捎迷谒⒓苷掷鋮s通風循環(huán)通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩內的空氣質量。
(3) 空氣濕度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發(fā)生氧化作用而產(chǎn)生，當含氧量過低時也不利于氧化膜的形成。
氧化膜無法形成或形成不良除與上述因素有關外，還有電刷過度研磨、使用溶劑進行擦拭、集電環(huán)表面光潔度不良以及碳刷材質不合格等原因。
1.電刷壓力調整不當
電刷壓力過小時會使電刷與集電環(huán)接觸不良，容易產(chǎn)生火花使集電環(huán)過熱，有時甚至燒蝕集電環(huán)使之出現(xiàn)麻點；電刷壓力過大時會使電刷與集電環(huán)的摩擦力增大，這不僅加劇機械磨損，而且會使集電環(huán)因摩擦發(fā)熱較多產(chǎn)生過熱。
解決的辦法：適當調整電刷與壓緊彈簧間的壓力。具體要求是各電刷所受壓力均勻穩(wěn)定，其單位壓力一般在(15～25)kPa之間，各電刷之間的壓力差在平均值的±5%以內。另外，盡管隨著電刷的磨損壓緊彈簧能自動調整，使電刷壓力基本穩(wěn)定，但仍需經(jīng)常檢查電刷的工作狀態(tài)，確保電刷在刷握內能自由滑動，無卡刷現(xiàn)象與過熱現(xiàn)象發(fā)生。
2. 電刷與刷握的間隙不符合要求
電刷與刷握之間的間隙過小，會使電刷在刷握內上下自由滑動困難，甚至有可能卡住電刷；電刷與刷握之間的間隙過大，會使電刷在電機運轉時晃動，與集電環(huán)接觸不穩(wěn)定，甚至使電刷“啃邊”。以上兩種情況都能夠使集電環(huán)過熱，還有可能使電刷與劇握側壁產(chǎn)生電流通路，出現(xiàn)電刷附焊。
解決的辦法：選擇恰當結構的電刷型式，清理刷握內表面與電刷外表面，使兩者配合良好。具體要求是：電刷的結構型式與刷握一致，清理刷握內表面光滑平整無毛刺，其粗糙度小于3．0～3．2um；電刷外表面研磨光滑，并使電刷與刷握之間的寬度間隙為0.1～ 0.4mm之間，厚度間隙為0.05～0.3Omm之間。
一般使每塊電刷的載流量不超過80A。
校核電機與其拖動的機電設備的水平，調整好間隙。一般要求電機運行時，轉子軸向移動的間隙不超過軸徑的2% 。
對橢圓度超差的集電環(huán)進行削磨．使各環(huán)直徑之差不超過外徑的1%，不圓度小于0．06mm；對徑向偏擺超限的集電環(huán)進行修復，使集電環(huán)工作面的偏擺不超過O．03mm。
3.維護方面
及時清掃
及時清掃集電環(huán)表面與刷握內的碳粉；用干凈的白布蘸汽油擦集電環(huán)表面，使其保持潔凈光亮。防護罩上的灰塵，應及時清掃，可增加防護罩上的散熱孔，或用8號鐵絲另編防護罩取代原來的防護罩，以改善通風散熱的條件。此外，還要注意消除污染源。
及時更換電刷
當電刷磨去整個高度的三分之二時就要及時更換。更換電刷時要注意：① 新電刷要與原來使用的電刷型號相同；
② 每次更換電刷的數(shù)目不宜過多．否則困新電刷的有效接觸面積減少，會使電流密度增大過多，一般要求每相上更換的電刷不超過該相電刷總數(shù)的1/4；
③ 新電刷要磨合工作面，磨合時可把0號砂布條包繞在集電環(huán)上，再裝上新電刷，然后轉動轉子使集電環(huán)上的砂布條旋轉，摩擦電刷的工作面，使其與集電環(huán)有3/4的接觸面。
及時維修集電環(huán)
及時維修集電環(huán)。在維修時，要視集電環(huán)損蝕的程度采取相應的方法。如果集電環(huán)是灼傷痕深度小于1mm、損傷面積在20%下的輕度損蝕，則可先用細銼與油石打磨，然后用0號拋光砂布清除毛刺與麻點，最后用白布蘸少許機油對集電環(huán)表面精拋光。如果集電環(huán)的灼傷痕深度超過1mm、損傷面積超過20%，則應對集電環(huán)進行車磨，其中對容量不大的電機，可拆卸轉子上車床進行車削；對于容量較大的電機，轉子拆裝困難，可在軸伸端加裝一小輪盤(或直接利用負載傳動機構)，然后用一臺小電動機拖動轉子旋轉，再用銼刀、油石進行較大強度銼磨。無論大小電機，其集電環(huán)在進行車削或銼磨后，再用0號砂布研磨工作面，然后用砂布背面或粗紙緊貼集電環(huán)表面進行拋光，最后用舊砂布或白布蘸少許機油對集電環(huán)表面進行精拋光．使維修后的集電環(huán)表面粗糙度在1.2um左右。
