发电机集电环发热现象及处理意见

王海鹏

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

电刷在集电环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。因为这层氧化膜的存在，改变了电刷与集电环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。氧化膜是一种复合薄膜，其组成成分与电刷型号及集电环的材料成分有关。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范围内，一般为25nm，用电子显微镜观察发现，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触，一般接触面只有电刷总面积的千分之几左右。接触面积的大小，由电机的转速、集电环材质的硬度、加工精度、偏摆度、电刷的材质、电刷上的压力大小等因素来决定。

1 电刷及集电环常见故障的原因及解决办法

电刷应用在实际机器工作时可能出现的问题一个是产生过多热量难以排散，摩擦出现火星，内部设备因此承受不了这种热量而损毁。从热量产生的角度来看，有以下原因：

1.1 空间散热不足，为了散热往往给予机器较大的空间环境，并在其中设置通风口，一旦这两方面受到损害或者阻塞，排风设备运行速度不够等就会产生温度聚集，并且温度增加也会导致摩擦产生的几率和面积增大，磨损处的残渣进一步堵塞空间，加剧散热困难。所以在平时的修理过程要连带将通风通道清理完毕，将里面刮灰，废物阻塞等问题一并解决，若集电环上的空间留空不到位要及时更换，重新购买，保证质量之后重新换上。

1.2 由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热：集电环和电刷是通过相互滑动接触导通励磁电流的，根据容量及型号的不同，每个集电环上大约分布着数十只电刷，由于接触电阻的不同，电流分配的差异，会导致发热不均匀，有以下几个原因：（1）电刷与滑环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。可通过测量单个电刷总压降、电刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。同时检查回路中各螺丝是否紧固。检查电刷接触面的清洁程度，是否存在油污污染。（2）电刷压力不均匀或不符合要求，可能有电刷过短、弹簧由于温度过高变软老化失去弹性等原因。应使用弹簧秤检查电刷压力。恒压弹簧应完整无机械损伤，压力应符合其产品的规定，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5%；非恒压的电刷弹簧，有规定时压力应符合其产品的规定，当无规定时，应调整到不使电刷冒火的最低压力，一般为140－250g/cm2，同一刷架上每个电刷的压力应均匀。（3）集电环与转子引线接触电阻过大，这种情况应对集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。（4）电刷材质不良、导电性能差、使用的型号不符合要求或者使用了不同型号的电刷。同一电机上应使用同一型号、同一制造厂的电刷，对于外观检查有明显差异的电刷应更换。

1.3 运动生热和摩擦导致的温度上升。集电环温度过高产生的原因的一大部分因素就是摩擦，这可以通过试验来取得结论，电刷的多少与温度的升降有着密切关系，一般来说电刷多则温度高，电刷少则温度低，并且这种摩擦涉及多方面的要素，摩擦也分为不同的种类，下面开始分析这些种类的不同特征以及可能有效的预防措施。

1.3.1 电刷与设备的结合不稳固，不贴和产生的原因可能造成温度过高，发现问题者对毛刷进行更换但是更换的频率太高或者集中更换太多导致为题的产生，一般来说，一次最多更换3个电刷就可以，安装之前要注意尺寸问题是否合适，不合适的需加工后再处理。但是这个过程是针对小型修理，一旦大型修理可能一下子就要更换很多电刷，做好氧化膜的铺垫工作。

1.3.2 电刷与集电环接触面过小，接触面积一般不应小于单个电刷截面的75%。

1.3.3 电刷在刷盒中摇摆或动作卡涩。电刷在刷握内应能上下自由移动，其间隙应符合产品的规定，当无规定时，其间隙可为0.10－0.20mm.电刷外形要方正，上下端尺寸误差不得大于0.05mm。

1.3.4 刷握与集电环表面间隙过大。电刷并不是特别坚硬的。如果相隔较远，就没有办法全体贴合，可能会一部分接触而另一部分接触不到，这样不平均的现象最终就会产生受力不均导致的损坏，所以对距离的要求应该有一定标准，一般来说如果安装没有文件说明的时候就要在2mm-3mm左右，安装有一定的技巧，采用该厚度的胶垫进入，只要沿着胶垫安装就可以了。

2 几起集电环、电刷故障的分析及建议

2.1 加强对电刷表面氧化膜的认识，创建其形成和正常工作的条件：最近一些问题发生的原因是氧化膜无法产生，带来的危害多种多样，使设备间的摩擦量因为缺少润滑介质而增大，损坏机器，其无法出现的原因如下（1）通常来讲70度左右是氧化膜形成的最佳温度，这也是作业的期望温度。一旦出现太热或者摩擦故障之时温度升高超过150度以后就会导致其无法产生和形成，从而不能减少摩擦作用，带来电刷的报废率升高。并且会带来不良循环，这时的通常做法是利用强迫性手段减低温度，比如更换更加有力的风扇，涂抹降温材料。从而将温度减少到适宜操作的范围，这样以来氧化膜慢慢就会出现。（2）冷却空气中有污染性杂质：空气中的杂质对电刷表面氧化膜的形成将带来不利影响，这些杂质包括：硫化物或卤族元素的腐蚀性气体、空气中油气混合物、粉尘、铁屑、铁锈粉尘、碳粉等其他杂质。电刷磨损时，本身会产生碳粉的粉尘杂质，可采用在刷架罩冷却通风循环通道上安装过滤装置来改善刷架罩内的空气质量。（3）空气过于干燥抑或含氧情况不足，这两种因素是氧化膜形成的必要条件，但是对量的需求有一个度，太多和太少都不可以。操作中要注意这两种条件的必须存在。以上只是部分原因，还有更加广泛的原因存在。比如说电刷过度研磨、使用溶剂进行擦拭、集电环表面光洁度不良以及碳刷材质不合格等原因。

2.2 电刷以及配套设备在购买过程的把关：首先选择适合的品牌和规格，再次，虽然这些品牌是固定的，但是每一个生产厂家与电刷的个别质量是需要考证的。应该在工作中绝对认真负责，对于电刷的背景环境做一个了解，从中对比出想要的产品。

2.3 生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：加强电刷、集电环系统的专职维护制度，提高专责人的技术水平，严格按照《汽轮发电机运行规程》的要求对集电环、电刷进行检查和运行维护，一次更换电刷的数量要严格控制。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、电刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。

另外，本次会议还就定子绝缘引水管结垢提出分析建议：

绝缘引水管的干净程度有要求。一些结垢现象出现严重导致了正常程序无法进行，这样的引水管不能清理而必须换新。一般60天左右会有一些原因导致机器停止工作，这段时间不能浪费，要清洗内部系统，并且直到其干净为止，因为这种清理工作不是经常有。凉水设备应该在封闭的情况下运转，因为开放的环境与空气接触，内部铜表面受到O2的影响变成氧化铜，这构成了结垢的主要成分，所以要强调封闭循环的重要性。当然在实际运转中应做好水体质量的把关，每一个细节都要被认真研究，各个系统的问题要在日常操作中开始维护，要明确工作流程和清理流程，不把问题留在最后。同时人员应该进行知识的多方综合学习。

[1]刘向祖，赵文东，王志云.发电机集电环发热现象及处理方法，2008-05-15.

[2]蒲宏彬，胡秀华.发电机集电环发热现象浅析及处理意见，2009-09-15.