大型同步电机“刷架”结构改造创新技术简介

王肇优　徐晴　缪薇　邱小侨

【摘要】大型同步电机在运行中频频出现碳刷与刷盒内壁卡涩或集电环与碳刷打火故障，通过停机检查，发现上述的故障主要原因：1.人为操作不当使碳刷所承受初始压力过大或者过小；2.运行过程中，碳刷磨损过多，弹簧压力下降。基于改进现有的碳刷结构，既能让初学者能够简易操作能使压力符合规范，又可以在运行过程中监视碳刷压力的想法，研发团队经过反复加工试验，完成同步电机“刷架”结构改造创新工作。

【关键词】大型同步电机；刷架；打火；创新

1 、概要

刷握作用是通过弹簧将压力加在集电环表面滑动接触的碳刷上，使其在固定体与旋转体之间稳定地传导电流。刷架不合适时，碳刷不仅不能充分发挥它的优良特性，而且会给电机本身的性能和寿命带来很大的影响，因此刷架的结构的改造对电机的运行具有极其重要特性。

2 、改进过程

2.1 第一次技改

每次机组大修完成后，重新安装新碳刷，由于手感偏差，碳刷压力总是偏紧或者偏松。基于将弹簧压力量化目标，简单增加刻度尺，根据F=P*S计算出弹簧合格压力范围为12-32N，定制一批新弹簧（具体参数见下文3.2弹簧机构），通过弹簧拉压试验机试验，确认合格长度为20-40cm（具体计算见下文3.3刻度尺），并将最大值和最小值标注出来。

运用效果：运行时，刻度尺与底座连接不牢固，易分离，且标注不醒目，使用效果不明显。

2.1 第二次技改

针对上述问题，刻度尺和白色绝缘头结构重新加工，两部分不再分开，变为一个整体零件，材料为合金。加工完成后，将合格长度以外的范围（0-20cm和40-60cm）涂刷红色环氧漆；合格长度范围内（20-25cm和35-40cm）涂刷黃色环氧漆，如果弹簧末端处于黄色范围内，现场值班人员应根据运行状况和碳刷长度，及时调整或更换新碳刷。合格长度范围内（25-35cm）涂刷绿色环氧漆，如果弹簧末端处于绿色范围内，表明弹簧压力适中。

3 、新刷架定型

新的碳刷架主要由刷握、弹簧机构和刻度尺三个部分组成。

3.1 刷握

刷握是用来固定碳刷的，使碳刷上下左右是个方向基本固定，只能在前后两个方向通过弹簧压力移动。刷盒内壁与碳刷四个侧面必须留有一定的间隙。实践证明，这个间隙一般在0.1～0.3毫米之间，既不宜过大，也不宜过小。间隙过小，可能造成碳刷卡在刷架中，弹簧无法压紧碳刷，电机工作失去意义；间隙过大，碳刷则会在架内产生摆动，不仅出现噪音，更易出现火花，对集电环表面产生破坏性影响。

注意：一般的刷盒由于是铸件，可能存在毛刺等凸起部分，使用前应先用平锉将内壁四周磨一遍，使其表面光滑，间隙符合要求。

3.2 弹簧机构

弹簧机构是刷架的重要组成部分，也是本次结构改造的重点攻克部分。大量实验数据证明，大型同步电动机碳刷的压力标准为0.015-0.04MPa，江都二站使用的是J204碳刷，碳刷的尺寸为25*32*60mm，利用公式F=P*S计算出弹簧合格压力为12-32N。

根据刷架的刷杆结构，确定弹簧自由尺寸为50mm，中径为19mm，材料直径为1.6mm，有效圈数为8圈，自由圈数为10圈，利用圆柱螺旋弹簧设计计算经验公式计算并定制了70只弹簧。

3.3 刻度尺

刻度尺用于显示碳刷运行工作的压力，刻度尺用不锈钢板制成，将合格压力的尺度标注于刻度尺上，简单易于观察碳刷工作压力。

通过弹簧拉压试验机，70只弹簧压力和长度对应关系如下表，确定刻度尺中总长为60cm，压力为12N合格值为40cm，压力为32N合格值为20cm。

4、 运用效果

江都二站定制了70只新刷架，已经安装于江都二站主机组上，经过50天的成果运行，已经达到预期效果。

运行效果：新刷架未安装时，碳刷所承受的压力不确定，全凭老员工手感，当弹簧压力过小时，易造成碳刷与刷盒卡涩或造成碳刷表面与集电环表面接触不良，出现碳刷打火故障；弹簧压力过大时，易造成碳刷磨损较快，碳刷消耗量加大。新刷架安装后，碳刷安装简单，新员工易上手且减少故障发生概率。

经济效果：（1）减少碳刷消耗，根据统计数据推算出，一年江都二站可以减少碳刷消耗量64只。按照价格计算，节约成本64*30=1920。（2）减少故障发生概率，根据统计数据推算出江都二站每年减少碳刷故障2次，每次处理故障成本3000元，可节约成本6000元。

5 、结论

本次技改，是为了解决机组运行时，因弹簧压力过小造成弹簧卡涩或者碳刷压力过大过小造成的碳刷打火故障等问题。江都二站研发团队经过不断地改进，优化结构设计，最终定型具有结构简单、易于操作，便于观察的新刷架。经过江都二站在机组运行过程中使用，使用效果良好，达到了预期的效果。

参考文献：

[1] 雍家数.泵站机电设备维修与泵站运行工[M].6.河南郑州.黄河水利出版社，1998：69-70.