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電機集電環論文文摘
1. 電刷在集電環上正常運行的標志
電刷在集電環上運行時，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩定的氧化膜，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現，電刷與集電環接觸面是由無數個點相接觸。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。有研究發現，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，將電刷與集電環分開，使摩擦在石墨潤滑層間進行，降低了摩擦系數，減少了摩擦熱的產生，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) 在換向器或集電環表面能較快形成一層均勻、適度和穩定的氧化薄膜；
(2) 電刷的使用壽命長，并不磨損換向器或集電環；
(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，并且能量損耗小；
(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，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，可能會出現電流分布不均勻的現象。對于大型機組，停機更換電刷，勢必影響生產，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，接觸不穩定，容易出現機械火花。
(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，創建其形成和正常工作的條件。有些故障的發生，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、電刷出現過熱故障時，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，導致溫度繼續升高，成為惡性循環。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，使集電環溫度降到正常范圍內，持續一段時間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進入良陛循環狀態。
(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，本身會產生碳粉的粉塵雜質。可采用在刷架罩冷卻通風循環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生氧化作用而產生，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接觸不良，容易產生火花使集電環過熱，有時甚至燒蝕集電環使之出現麻點；電刷壓力過大時會使電刷與集電環的摩擦力增大，這不僅加劇機械磨損，而且會使集電環因摩擦發熱較多產生過熱。
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，使電刷壓力基本穩定，但仍需經常檢查電刷的工作狀態，確保電刷在刷握內能自由滑動，無卡刷現象與過熱現象發生。
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，與集電環接觸不穩定，甚至使電刷“啃邊”。以上兩種情況都能夠使集電環過熱，還有可能使電刷與劇握側壁產生電流通路，出現電刷附焊。
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進行削磨．使各環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進行修復，使集電環工作面的偏擺不超過O．03mm。
3.維護方面
及時清掃
及時清掃集電環表面與刷握內的碳粉；用干凈的白布蘸汽油擦集電環表面，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上，再裝上新電刷，然后轉動轉子使集電環上的砂布條旋轉，摩擦電刷的工作面，使其與集電環有3/4的接觸面。
及時維修集電環
及時維修集電環。在維修時，要視集電環損蝕的程度采取相應的方法。如果集電環是灼傷痕深度小于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表面精拋光。如果集電環的灼傷痕深度超過1mm、損傷面積超過20%，則應對集電環進行車磨，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表面進行拋光，最后用舊砂布或白布蘸少許機油對集電環表面進行精拋光．使維修后的集電環表面粗糙度在1.2um左右。
