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電機集電裝置材質選取

發布時間:2019-01-30 瀏覽:376次

  在礦山、冶金、水泥廠等行業中繞線轉子異步電動機的集電環及電刷用于接通起動電阻,并在電機起動后將轉子繞組短路。為減少集電環與電刷在整個使用期內的磨損和發熱,集電環與電刷的選取對繞線轉子電機至關重要。

  1集電環結構集電環結構按其使用性質分為:整體塑料壓鑄式集電環(適用于小型電機);裝配式集電環(中型電機);螺桿裝配式集電環(中、低速大型電機);熱套式集電環(適用于高速電機)。

  2集電環材質選取根據導電性能、與電刷滑動接觸時,必須具備的耐磨性和穩定的滑動接觸特性,以及機械強度的要求,滑環可用黃銅、青銅、低碳鋼或中碳鋼制成,高速電機的滑環用高強度合金鋼(如35SMin)制成。對于腐蝕性場所,可以使用不銹鋼滑環,但不銹鋼的滑動特性不穩定,與電刷組合不合適往往使電刷產生跳動,容易造成電刷溫升過高或異常磨損,盡量不采用此材質。

  集電環上金屬環的直徑和寬度,與通過電流的大小、電刷數量、電刷尺寸、散熱面積及電刷所能承受的圓周速度等因素有關。金屬環之間的間隔應根據繞組電壓所需絕緣距離及安裝刷握、電刷等零件所需空間決定。當金屬環表面的圓周速度為3070m/s時,金屬環表面的氣膜將引起電刷浮動,使電刷與金屬環接觸不良,電流分布不均而出現火花、電蝕,加速金屬環的磨損和電刷發熱。在金屬環表加工出螺旋槽可防止此種情況發生。當集電環通過的電流達1000A以上時,金屬環應開通風孔或加裝風扇,以加強金屬環的冷卻。

  3電刷材質選取電刷種類較多,大體可分為碳質電刷和金屬質電刷兩大類。因金屬石墨電刷允許較大的電流密度,故可滿足中低轉速電機的要求。對于高轉速的電機(例如2p電機)則應選用滑動特性和穩定特性好的天然石墨電刷。

  選擇電刷時,要綜合考慮電機對電刷的技術要求和電刷的技術特性。電刷的技術特性包括接觸特性和理化特性。影響電刷接觸特性的因素主要有圓周速度、電流密度、施于電刷的單位壓力及周圍介質情況。電刷的接觸特性主要有接觸電壓降和摩擦系數。

  接觸電壓降是電流通過電刷、接觸點薄膜、集電環的電壓降。每一種電刷的接觸電壓降都有其極限值。金屬石墨電刷的接觸電壓降比石墨電刷和電化石墨電刷的低。如果超過接觸電壓降的極限值,滑動接觸點的電損耗將過大,并引起過熱。

  對集電環來說,以采用接觸電壓較低的電刷較為合適。

  摩擦是電刷正常運行必須考慮的一個重要因素,它是產生熱量的原因之一。集電環表面薄膜的組成和性能,對摩擦情況的影響比較顯著,而它又受電刷和集電環的材質、接觸面情況和運行條件的影響。摩擦情況通常用電刷的摩擦系數衡量。當電刷數量越多,摩擦系數越大和圓周速度越高時,摩擦損耗也就越大。從機械損耗方面來看,用于高速電機的電刷,要求摩擦系數為最小。

  劇烈的摩擦會使電刷在運行過程中引起振動,發出噪聲,并導致接觸不穩定。嚴重時,可使電刷碎裂。

  電刷的理化特性主要有電阻率、硬度和灰分雜質。根據電阻率的大小可粗略地確定電刷的適用范圍。電阻率高的電刷適用于換向困難的電機;中等電阻率的電刷適用于普通直流電機;低電阻率的電刷適用于低壓電機。電刷的硬度和電阻率可綜合反映電刷質量和使用性能的一般情況。

  電阻率偏高而硬度偏低,說明電刷的密度低,易產生較大的磨損。電刷中含有少量極細微的灰分,能提高電刷的耐磨性能,然而,如果灰分雜質中含有少量硬質磨料顆粒,如碳化鐵、碳化硅(即金剛砂),會把集電環表面劃成溝槽,對電機危害極大。

  4試驗驗證根據集電環與電刷的特性,我公司先后通過選用不同的電刷與集電環進行匹配試驗,結果表明選擇0452B型號電刷與錫青銅或硅黃銅滑環相匹配較為適宜。該電刷為金屬石墨電刷,由銅粉和石墨粉混合制成,其電阻率較低、線速度較高、容許的電流密度較大,具有良好滑動特性,耐磨性等優點。要使所選的電刷與滑環達到最佳匹配,對電刷要進行整體研磨,使電刷弧面與集電環表面基本吻合,其接觸面積應達到80.2005年我公司為普陽鋼廠生產的YR560-41000kW電機,用戶在試車時,電機運行半小時,電刷和集電環溫度急劇升高,電刷刷辮變色不能使用。經分析所用電刷與設計要求不符,滑環為錫青銅,應配0452B型號電刷,但現場實際運行中的電刷型號為HCTD247,純石墨電刷,不能滿足大電流的要求,更換成0452B型號電刷后,電機運行一切正常。

  5結語如何選擇交流電動機的集電環與電刷,目前在國內外還沒有一套成熟的經驗,要想獲得集電環與電刷匹配最佳,還需做進一步的理論研究和實踐工作。

  


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