中車永濟電機有限公司 田峰毅 范秀云 李慧萍

1.前言

在主發(fā)電機中，轉子勵磁繞組通過電刷和滑環(huán)外加直流電勵磁。集電環(huán)與電刷在電機結構中起著很重要的作用，它的質量的好壞直接影響電機正常工作的工作效率。

一個電機正常工作時呈現(xiàn)的狀態(tài)是在運行時形成均勻的氧化膜，并具有穩(wěn)定性。形成的這一層氧化膜是復合型的薄膜，氧化膜中含量成分與使用的電機的類型、電環(huán)的材質有密切聯(lián)系。電機與材料間的接觸面的面積受多種因素影響，如使用的電機中的電環(huán)的材質、材料的硬度，還跟加工要求、電刷的材質等方面有關。據相關研究表明，氧化膜的狀態(tài)受使用中電壓大小有關，當電壓較小時，薄膜會產生絕緣的情況；當電壓較大時，薄膜會被強大的電流擊破。一旦氧化膜被擊破，電流的增減不會對電壓產生影響，因為導電點的增加、導電接觸面積的增大，接觸面的電壓不會產生變化，保持一個恒定的狀態(tài)。氧化膜薄膜有良好的潤滑功能，而電刷、集電環(huán)兩者間接觸面中，具有潤滑功能的部位是潤滑層中的石墨膜，這一層膜有效的將電刷、集電環(huán)分隔開來，在接觸面摩擦過程中發(fā)揮潤滑的功能，減少了接觸面的摩擦系數(shù)，從而減少產生摩擦熱的概率，最終起到了減少電刷磨損、保護電刷的作用。

2.集電環(huán)常見故障的原因及處理方法

在電刷正常工作時容易產生發(fā)熱、出現(xiàn)火花以及燒壞集電環(huán)等情況。就這些情況發(fā)生的主要原因方面分析，體現(xiàn)在下面幾個方面：

（1）出現(xiàn)通風不良的情況，多數(shù)是由于設備中的冷卻道堵塞情況，如集電環(huán)中的螺旋槽、電機通風處的堵塞情況都會影響到整體通風的情況；特別是若在電機正常工作中，集電環(huán)溫度太高會加劇電刷使用過程中的磨損程度，導致碳粉的快速增加、堆積，最后會導致集電環(huán)中的散熱通道出現(xiàn)嚴重堵塞的情況。TF1B電機轉子集電環(huán)螺旋槽標準要求2×3mm，對于經過多次車削的集電環(huán)，根據電機使用維護說明書要求，如果集電環(huán)表面的螺旋槽深度到達車削限制標準，即小于1mm時，這時就要求相關工作人員依據說明書上相關要求進行更換螺旋，要求把控集成環(huán)在工作時正常散熱。

（2）因接觸面電阻較大、電阻分布不均等原因導致的發(fā)熱情況：集電環(huán)與電刷兩者間借助相互運動的電流，在TF1B這一類型號的電機中，集電環(huán)有3只電刷，因其接觸面的電阻的不同、接觸面中電流分配不均等原因容易引起接觸面產生發(fā)熱不均勻的情況，主要分為以下幾個原因：a、電刷、滑環(huán)兩者接觸面的電阻、電阻和刷辮接觸面的電阻、刷辮和刷架引線之間接觸面電阻較大。這對這一情況可采取檢測單個電刷總壓降、電刷接觸面的壓降等部位之間的電壓，并將結果進行比較。還要對回路中的螺栓進行檢測。對電刷接觸面上的清潔進行檢測，檢查上面是否有油污，產生污染情況。b、電刷的壓力不均勻，有的電刷由于較短、其彈簧因過熱等原因老化導致失去彈性。通過利用彈簧秤檢測電刷的壓力。所使用的彈簧要求須完整，其壓力要求20-25N內，檢測中偏差不能大于10%。c、集電環(huán)和轉子引線兩者間接觸面電阻太大，此時要采取措施加固兩者上的螺栓，用力矩扳手檢查并緊固。d、使用的電刷質量未達標準、電刷導電效能低、電刷型號不達相關要求。在同一個電機上的電刷應來自相同型號、廠家，并對檢查中外觀有不同的電刷進行替換。

（3）機械、摩擦等產生過熱現(xiàn)象：在多數(shù)問題中一半都是機械、摩擦引起的，若在未正常運作時沒有加勵磁，出現(xiàn)集電環(huán)和電刷溫度過高的情況；或正常運作中溫度太高，拔掉電刷反而出現(xiàn)降低的情況，可以判定是機械、摩擦引起的。機械、摩擦引起發(fā)熱的現(xiàn)象體現(xiàn)在這幾個方面：a、電刷上的接觸面研磨不達標準。替換上的電刷須和以前的直接一樣，牌號需要相同。b、電刷和集成環(huán)兩者間接觸面積太小，要求不能低于單個電刷面積的百分之八十。c、電刷在正常運作中擺動遲緩。要求電刷在工作時能自由的上下移動，兩者間的間隙要符合相關標準；若無具體規(guī)定，兩者間間隙應為0.10-0.20mm。電刷的外形上要求方正，誤差要控制在0.05mm內。d、刷握、集電環(huán)兩者間的間隙太大。因為制作電刷的材質相對較脆，若兩者間間隙太大，電刷整體不能接觸到集電環(huán)，容易出現(xiàn)電刷崩裂的現(xiàn)象。刷握、集電環(huán)兩者間的間隙應為為2－5mm。

3.集電環(huán)、電刷故障的分析及建議

（1）正確認識電刷上形成的氧化膜，并為其產生創(chuàng)造條件：由于電刷表層的氧化膜這一薄膜難以自然形成，需要為其形成創(chuàng)造相關條件，若未達到相關條件，難以甚至無法形成氧化膜，其原因主要是：a、溫度過高：氧化膜形成的適宜溫度在70℃，但在集電環(huán)與電刷發(fā)生問題時的溫度高于150℃，難以形成氧化膜，沒有潤滑的功效，導致加劇電刷的磨損程度、溫度升高，產生惡性循環(huán)。這個時候應強行采取電機外部降溫方式，使用功率大的風扇、降低電機功率等方式，讓集電環(huán)的溫度在標準范圍內，促進形成氧化膜薄膜，達到潤滑的目的。b、冷卻空氣中有污染性雜質：空氣中含有雜質易對氧化膜薄膜的產生帶來負面作用，其中雜質包括了空氣中的油氣混合物、碳粉等方面。c、空氣濕度太低或含氧量太低：氧化膜的生成條件中對空氣中的水分有要求，要求空氣中水分不能過高或過低。此外，氧化膜的產生主要依靠和空氣中的氧發(fā)生反應，對空氣中的氧含量有要求。氧化膜的生成還跟電刷的研磨、集電環(huán)清潔度等方面相關。

（2）采購過程中嚴格把控電刷、刷架質量：我國目前一個品牌的電刷是在不同區(qū)域、不同工廠進行加工制作的，在采購過程中要嚴格控制質量，對廠家的生產質量即相關質量檢測方式詳細調查。根據此項要求，我廠選用的電刷為南洋或哈碳 D172型。

（3）正常運作中重視集電環(huán)、電刷的保養(yǎng)和維護：建立集電環(huán)、電刷等設備的保養(yǎng)、維修制度，根據說明書的相關要求對相關設備進行檢查和保養(yǎng)。

4.結論

綜上分析集電環(huán)、電刷在使用過程的故障現(xiàn)象和特點，提出幾種常見分析方法的原理，但在實際裝配過程中，必須嚴格按工藝操作、清潔生產，在使用過程中，必須嚴格按照用戶使用手冊維護、保養(yǎng)，確保集電環(huán)、電刷的使用質量與使用壽命。

[1]許實章主編.電機學[M].北京：機械工業(yè)出版社,1995.

[2]李發(fā)海,王巖編.電機與拖動基礎[M].北京：中央廣播電視大學出版社,1994.