试论发电机集电环发热现象及其处理

白忠远

摘要：电刷是发电机中动静接触和交换能量的零件。实际运行中，电刷与集电环发热现象极为普遍，如不及时有效处理，将导致发电机停机，造成不必要的损失，甚至会引起更大的事故。基于此，下面就发电机集电环发热现象及其处理展开了讨论。

关键词：发电机；集电环；发热现象；其处理

1集电环概述

集电环是一种具有导电性质的金属环，它和发电机的电刷相连，作为一个中间环节，其作用主要是实现将电流从一端流到另一端。如果发电机运营状况良好，发电机的电刷在与集电环的接触运行过程中，就会在二者的接触面上形成一层氧化膜。该氧化膜能够改变电刷和集电环接触时的特性，减少二者之间的摩擦和磨损，从而达到减少机器故障发生率的效果。集电环在运行过程中常常出现的一个问题就是会产生发热现象，严重的还会产生火花甚至烧毁线路和机器，所以，对集电环发热现象进行原因分析有很大的必要性。

2发电机集电环发热现象原因及其处理

2.1发电机通风不良导致发热及处理

通风不良主要是因为冷却风道堵塞，集电环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因，尤其是当运行集电环表面温度过高时，导致电刷磨损加剧，碳粉集聚增加，有可能会堵塞上述集电环表面的散热通道。因此在大小修时，应对集电环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理，保持通畅。对于经过多次车削的集电环，假如集电环表面的通风沟高度不到5mm，已经车削到颈向限制孔时，就应当按照说明书根据最小使用外径进行更换，以保证集电环的机械及散热可靠性。

2.2接触电阻过大或分布不均导致发热及处理

发电机在进行电流输送时必须经过集电环和电刷这两个中间装置。根据集电环和电刷容量和型号的不同，每个集电环上都会有数十个电刷，在发电机运行过程中，每个电刷所接触和传递给集电环的电阻和电流的大小是不一样的，这就导致了集电环发热的不均匀。为了保证电刷均匀接受电阻，对电刷的具体要求是，必须防止电刷出现长短不一或老化的现象，必须对电刷的材质进行测试，要避免出现材质不良或导电性能差的现象。这有这样，才能保证电刷对集电环传递均匀的电流，才能使集电环各部位受热均匀，散热均匀。

2.3机械及摩擦散发大量的热及处理

假如在开机时还未加励磁，就已经发现集电环与电刷温度高，或者在进行中温度过高，拨出几只电刷后，温度反而降低，那就基本可以肯定是由于机械及摩擦原因导致的。机械及摩擦导致发热的情况很复杂，主要有以下几个方面：（1）电刷接触面研磨不良或运行中一次更换过多的电刷。运行中更换电刷，在同一时间内，每个刷架上答应更换1～2个电刷。换上新电刷应事先在与集电环直径相同的模型上研磨好，且新旧牌号须一致。假如在大修时一次更换的电刷很多，应当在投运前冲转时，为电刷表面形成养护膜留够充足的时间。（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洁面的75%。（3）电刷在刷握内应能上下自由移动，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。（4）刷握与集电环表面间隙过大。由于电刷材质较脆，当刷握不能整体接触集电环，与集电环呈斜面接触，轻易照成电刷崩裂的情况。刷握与集电环表面的间隙应符合产品技术要求，当产品无规定时，其间隙可调整为2～3mm厚的橡胶垫附在集电环表面，降刷握抵到橡胶垫上，然后上紧定为定位螺丝，取出橡胶垫。

3发电机集电环发热现象的防范策略

发电机之所以能实现电能转换并进行发电，关键就在于有集电环这个中间装置对电流进行输送。但是，集电环能否实现正常运转，与发电机所处的运作环境、发电机性能及电刷的性能息息相关。所以，针对集电环产生的发热现象，必须在综合分析各方面原因的情况下，提出具有针对性的解决措施。

3.1加强对电刷表面氧化膜的认识

氧化膜是电刷在集电环表面运行时，在二者的接触面上产生的一层均匀、稳定的复合薄膜。该氧化膜能够改变电刷和集电环接触时的特性，减少二者之间的摩擦和磨损，从而达到减少机器故障发生率的效果。另外，氧化膜还有很好的润滑性能，这主要归功于氧化膜中的石墨膜，它能实现将电刷和集电环分开的效果，很大程度上降低了摩擦系数，减少了热量的产生，也起到了减少机器故障发生的作用。集电环发热现象的产生，与电刷表面的氧化层无法形成有关。氧化膜的形成，必须满足三个条件：（1）温度在70℃左右，过高或过低都不易使电刷和集电环的接触面产生复合薄膜。（2）冷却空气必须纯净，不能含有具有污染性的杂质，原因就在于污染性杂质往往具有腐蚀性，不利于氧化膜的产生和保存。（3）空气的湿度和含氧量都不能太低，只有二者含量适度，才能形成氧化膜生存所必须的氧气和水分。所以，重视氧化膜产生和存在的条件，能从很大程度上解决集电环发热的问题。

3.2加大对电刷及刷架产品的质量把关及维护

（1）电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量。由于集电环所产生的发热现象，与电刷也有很大多的关系。当电刷压力不均匀时，则会造成电刷阻力不均，相应地就会引起集电环对电流的接受不均，从而造成受热和散热不均。因此，必须对电刷的材质、导电性能以及型号等进行严格地把控。目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。（2）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。

4结束语

综上所述，为避免集电环与电刷发热，还应该以预防为主，选择质量合格的刷握和电刷。并且在发电机运行中做好维护管理，经常用远红外测温仪测量，掌握温度变化，定期测量各个电刷工作电流，调整各个电刷电流基本平衡。

参考文献：

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[2]集电环及刷握装置的使用及故障分析[J].陈有志，王东方，王佳斐.防爆电机.2012（03）.

[3]发电机集电环-碳刷装置的运行维护[J].范文成.現代工业经济和信息化.2017（14）.

（作者单位：中国大唐集团有限公司赤峰分公司）