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电机集电环运行过程中打火问题分析

2020-1-13

电机集电环也叫导电环、滑环、集流环、汇流环等。它可以用在任何要求连续旋转的同时,又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中。如,绕线转子三相异步电动机的集电环,通过碳刷和电机的转子引线构成一个相对独立的集电环系统。对于该系统,集电环表面粗糙度以及与碳刷的配合程度都是质量控制的关键。

在电机运行过程中,缘于碳刷材质的特殊性,碳刷会因为磨损衍生出碳粉,这些碳粉会不同程度地堆积在集电环表面,特别是在湿热环境中,可能会影响电机的正常运行;对于电机运行环境不好的情况,可能还会有一些外界的粉尘异物污染集电环,同样会造成环体打火问题。因而,除集电环加工过程的粗糙度控制外,还必须定期进行环面的清洁处理,对于大型的集电环,会在环面加工螺旋状的沟槽,保证电机运行过程中碳刷磨损粉尘的合理走向。

  集电环的材质要求机械强度大,并且是良好的导电体,还要具有耐腐蚀性,在与电刷滑动接触时,必须具备耐磨性和稳定的滑动接触特性。一般,钢质集电环的耐磨性好,机械强度大,因此大多用于因极性引起集电环磨损差较大的同步电机上。

钢可以加工成复杂的结构,它是一种容易得到而又价廉物美的材料,所以,广泛用于包括圆周速度较低的水轮发电机在内的同步电机。对于像汽轮发电机那样,主要强调高圆周速度下机械强度和耐磨性的集电环,有时也使用锻钢。另外,要求耐腐蚀性时,可使用不锈钢,但不锈钢的滑动特性不稳定,与电刷组合不合适往往使电刷产生跳动,容易造成电刷温升过高或异常磨损,所以使用时必须倍加注意。

青铜铸件等铜质集电环与钢质集电环相比,它的滑动特性好,所以用途很广,但当含有大量低熔点铅时,因通电点的发热而产生脱铅现象,容易造成集电环磨损或电刷异常磨损。
    
集电环与电刷的配合上,当电刷的研磨性过强而集电环的材质过软时,往往在集电环上发生相当于电刷宽度的阶梯磨损。尤其是高温低湿的全封闭式电机,更容易引起电刷或集电环的过大磨损。重象伤痕是这样形成的,一开始只有非常小的伤痕,电刷在这些部位集电不良而产生火花。一旦产生火花,伤痕就逐渐恶化扩大起来,最后形成与电刷滑动接触面的尺寸同样大小的伤痕。因而,集电环用电刷即使产生非常小的火花,也必须予以注意。

集电环环火主要因素:

1、碳刷质量不良,过热时碳刷容易碎裂,大量碎屑导致碳刷与集电环之间拉弧;

2、靠近集电环的发电机密封瓦处漏氢;

3、集电环冷却风进风口滤网堵塞,抽风量减小,影响集电环表面冷却效果;

4、电机密封油泄漏,以及碳粉排出不畅,油气与碳粉混合物污染集电环室;

5、碳刷与集电环表面接触不良,集电环表面及碳刷组件过热等。其中,碳刷与集电环接触不良是导致集电环环火烧损事故的主要原因。碳刷与集电环接触不良引发局部打火,造成集电环温度升高,碳刷接触恶化,励磁电流在碳刷间分配不均,导致环火。碳刷与集电环表面接触不良通常难以发现,引起集电环环火事故经历时间相对较短,因此难于及时处理。

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