發(fā)電機集電環(huán)發(fā)熱現(xiàn)象及處理意見

王海鵬

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

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。因為這層氧化膜的存在，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8－100nm的范圍內(nèi)，一般為25nm，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(zhuǎn)速、集電環(huán)材質(zhì)的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質(zhì)、電刷上的壓力大小等因素來決定。

1 電刷及集電環(huán)常見故障的原因及解決辦法

電刷應用在實際機器工作時可能出現(xiàn)的問題一個是產(chǎn)生過多熱量難以排散，摩擦出現(xiàn)火星，內(nèi)部設備因此承受不了這種熱量而損毀。從熱量產(chǎn)生的角度來看，有以下原因：

1.1 空間散熱不足，為了散熱往往給予機器較大的空間環(huán)境，并在其中設置通風口，一旦這兩方面受到損害或者阻塞，排風設備運行速度不夠等就會產(chǎn)生溫度聚集，并且溫度增加也會導致摩擦產(chǎn)生的幾率和面積增大，磨損處的殘渣進一步堵塞空間，加劇散熱困難。所以在平時的修理過程要連帶將通風通道清理完畢，將里面刮灰，廢物阻塞等問題一并解決，若集電環(huán)上的空間留空不到位要及時更換，重新購買，保證質(zhì)量之后重新?lián)Q上。

1.2 由于接觸電阻過大或分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱：集電環(huán)和電刷是通過相互滑動接觸導通勵磁電流的，根據(jù)容量及型號的不同，每個集電環(huán)上大約分布著數(shù)十只電刷，由于接觸電阻的不同，電流分配的差異，會導致發(fā)熱不均勻，有以下幾個原因：（1）電刷與滑環(huán)表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸電阻過大?？赏ㄟ^測量單個電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯(lián)結(jié)壓降、刷辮壓降進行相互間對比來檢查。同時檢查回路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面的清潔程度，是否存在油污污染。（2）電刷壓力不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由于溫度過高變軟老化失去彈性等原因。應使用彈簧秤檢查電刷壓力。恒壓彈簧應完整無機械損傷，壓力應符合其產(chǎn)品的規(guī)定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5%；非恒壓的電刷彈簧，有規(guī)定時壓力應符合其產(chǎn)品的規(guī)定，當無規(guī)定時，應調(diào)整到不使電刷冒火的最低壓力，一般為140－250g/cm2，同一刷架上每個電刷的壓力應均勻。（3）集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線接觸電阻過大，這種情況應對集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線間的緊固螺絲進行加固。（4）電刷材質(zhì)不良、導電性能差、使用的型號不符合要求或者使用了不同型號的電刷。同一電機上應使用同一型號、同一制造廠的電刷，對于外觀檢查有明顯差異的電刷應更換。

1.3 運動生熱和摩擦導致的溫度上升。集電環(huán)溫度過高產(chǎn)生的原因的一大部分因素就是摩擦，這可以通過試驗來取得結(jié)論，電刷的多少與溫度的升降有著密切關系，一般來說電刷多則溫度高，電刷少則溫度低，并且這種摩擦涉及多方面的要素，摩擦也分為不同的種類，下面開始分析這些種類的不同特征以及可能有效的預防措施。

1.3.1 電刷與設備的結(jié)合不穩(wěn)固，不貼和產(chǎn)生的原因可能造成溫度過高，發(fā)現(xiàn)問題者對毛刷進行更換但是更換的頻率太高或者集中更換太多導致為題的產(chǎn)生，一般來說，一次最多更換3個電刷就可以，安裝之前要注意尺寸問題是否合適，不合適的需加工后再處理。但是這個過程是針對小型修理，一旦大型修理可能一下子就要更換很多電刷，做好氧化膜的鋪墊工作。

1.3.2 電刷與集電環(huán)接觸面過小，接觸面積一般不應小于單個電刷截面的75%。

1.3.3 電刷在刷盒中搖擺或動作卡澀。電刷在刷握內(nèi)應能上下自由移動，其間隙應符合產(chǎn)品的規(guī)定，當無規(guī)定時，其間隙可為0.10－0.20mm.電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm。

1.3.4 刷握與集電環(huán)表面間隙過大。電刷并不是特別堅硬的。如果相隔較遠，就沒有辦法全體貼合，可能會一部分接觸而另一部分接觸不到，這樣不平均的現(xiàn)象最終就會產(chǎn)生受力不均導致的損壞，所以對距離的要求應該有一定標準，一般來說如果安裝沒有文件說明的時候就要在2mm-3mm左右，安裝有一定的技巧，采用該厚度的膠墊進入，只要沿著膠墊安裝就可以了。

2 幾起集電環(huán)、電刷故障的分析及建議

2.1 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：最近一些問題發(fā)生的原因是氧化膜無法產(chǎn)生，帶來的危害多種多樣，使設備間的摩擦量因為缺少潤滑介質(zhì)而增大，損壞機器，其無法出現(xiàn)的原因如下（1）通常來講70度左右是氧化膜形成的最佳溫度，這也是作業(yè)的期望溫度。一旦出現(xiàn)太熱或者摩擦故障之時溫度升高超過150度以后就會導致其無法產(chǎn)生和形成，從而不能減少摩擦作用，帶來電刷的報廢率升高。并且會帶來不良循環(huán)，這時的通常做法是利用強迫性手段減低溫度，比如更換更加有力的風扇，涂抹降溫材料。從而將溫度減少到適宜操作的范圍，這樣以來氧化膜慢慢就會出現(xiàn)。（2）冷卻空氣中有污染性雜質(zhì)：空氣中的雜質(zhì)對電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響，這些雜質(zhì)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(zhì)。電刷磨損時，本身會產(chǎn)生碳粉的粉塵雜質(zhì)，可采用在刷架罩冷卻通風循環(huán)通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩內(nèi)的空氣質(zhì)量。（3）空氣過于干燥抑或含氧情況不足，這兩種因素是氧化膜形成的必要條件，但是對量的需求有一個度，太多和太少都不可以。操作中要注意這兩種條件的必須存在。以上只是部分原因，還有更加廣泛的原因存在。比如說電刷過度研磨、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(zhì)不合格等原因。

2.2 電刷以及配套設備在購買過程的把關：首先選擇適合的品牌和規(guī)格，再次，雖然這些品牌是固定的，但是每一個生產(chǎn)廠家與電刷的個別質(zhì)量是需要考證的。應該在工作中絕對認真負責，對于電刷的背景環(huán)境做一個了解，從中對比出想要的產(chǎn)品。

2.3 生產(chǎn)運行中加強對集電環(huán)及電刷的維護管理：加強電刷、集電環(huán)系統(tǒng)的專職維護制度，提高專責人的技術水平，嚴格按照《汽輪發(fā)電機運行規(guī)程》的要求對集電環(huán)、電刷進行檢查和運行維護，一次更換電刷的數(shù)量要嚴格控制。另外要積極運用紅外熱成像技術進行集電環(huán)、電刷日常的巡檢檢查以及對故障部位有懷疑時作為輔助分析的工具。

另外，本次會議還就定子絕緣引水管結(jié)垢提出分析建議：

絕緣引水管的干凈程度有要求。一些結(jié)垢現(xiàn)象出現(xiàn)嚴重導致了正常程序無法進行，這樣的引水管不能清理而必須換新。一般60天左右會有一些原因?qū)е聶C器停止工作，這段時間不能浪費，要清洗內(nèi)部系統(tǒng)，并且直到其干凈為止，因為這種清理工作不是經(jīng)常有。涼水設備應該在封閉的情況下運轉(zhuǎn)，因為開放的環(huán)境與空氣接觸，內(nèi)部銅表面受到O2的影響變成氧化銅，這構(gòu)成了結(jié)垢的主要成分，所以要強調(diào)封閉循環(huán)的重要性。當然在實際運轉(zhuǎn)中應做好水體質(zhì)量的把關，每一個細節(jié)都要被認真研究，各個系統(tǒng)的問題要在日常操作中開始維護，要明確工作流程和清理流程，不把問題留在最后。同時人員應該進行知識的多方綜合學習。

[1]劉向祖，趙文東，王志云.發(fā)電機集電環(huán)發(fā)熱現(xiàn)象及處理方法，2008-05-15.

[2]蒲宏彬，胡秀華.發(fā)電機集電環(huán)發(fā)熱現(xiàn)象淺析及處理意見，2009-09-15.