繞線式電機滑環的發熱與冷卻

摘 要：目前，在繞線電機中滑環是動靜接觸和能量交換的設備，是勵磁系統的重要組成部分。但是由于通風冷卻結構不合理等多種原因，冷卻和散熱效果不好，時常出現發熱現象。容易造成電刷粉塵排除困難，集電環和電刷過熱，引起滑環擊穿和燒壞事故，嚴重危及電機的安全運行。文章通過介紹滑環結構原理及發熱的產生發展，結合實踐經驗總結出發熱原因類型及處理解決方法，并針對性提出正常運行的維護及注意事項。

關鍵詞：繞線式電機；滑環；發熱；冷卻

1 結構與原理

滑環由導電環、帶尾電刷、刷握、導電桿、集電環及滑環罩等部件組成。繞線式轉子的繞組和定子繞組相似，三相繞組連成星形，每相繞組的始端聯接在三個銅制的滑環上，滑環固定在轉軸上。環與環，環與轉軸都是互相絕緣的，通過一組彈簧壓著的碳質電刷與外電路相連接。

2 滑環發熱的產生發展過程

在正常運行狀態下，碳刷的溫度一般在50℃～80℃（溫升40℃左右），每塊碳刷工作電流在20A～100A。刷握彈簧壓力比較均勻，碳刷活動自如且無振動卡澀現象。碳刷與滑環運行中產生的熱量由通風系統帶走。即發熱與散熱達到基本平衡。但當碳刷變短、接觸電阻和附加電阻變大、刷握彈簧壓力變小，若工作電流增加，溫度變化時系統的平衡能力降低，部分碳刷溫度將升高，從而整個系統溫度升高。

3 滑環發熱原因分析

3.1 滑環冷卻風量不夠。與滑環同軸安裝風扇葉片應準確定向，符合結構設計標準及規定。風葉定向不符合標準，一方面會引起軸承振動，另一方面會造成滑環冷卻風量不夠以致滑環與電刷發熱。

3.2 滑環密閉風道存在堵塞或漏風。滑環導向進風小孔需認真清理，避免積灰、堵塞造成的滑環冷卻風量不足引起電刷和滑環發熱。檢修中應使用壓縮空氣管對滑環小孔逐個進行清理。風道漏風也會造成冷卻風量不足。

3.3 電刷的質量與維護因素。電刷或刷盒混合使用引起部分電刷因過電流發熱，甚至燒斷引線。電刷維護更換時沒有認真進行研磨、拋光處理。間隙不足，電刷卡澀；間隙過大，與滑環接觸面不吻合。電刷長短不均引起電流分布不均是滑環發熱的常見原因。因此需定期滑環吹灰和清洗，測量電刷電流。

3.4 刷盒導體絕緣及均壓彈簧的原因。刷盒導電部分與固定部分間安裝有絕緣墊片，電流在導電部分和電刷中通過并經滑環引入轉子。在運行中，積灰和碳粉引起絕緣能力降低或導通，各電刷電阻分布不均引起局部發熱。刷盒中的均壓彈簧使用一定時間后，會出現壓力不均、變形、裂紋、散簧等情況，造成刷盒過電流發熱。

3.5 滑環不圓或表面粗糙引起摩擦發熱。檢修時車削滑環造成滑環不圓或表面粗糙，易引起摩擦發熱。

3.6 軸承振動引起電刷發熱。電刷隨著軸承振動，致使電刷接觸面摩擦不均、引線及彈簧松動，發生局部冒火花，進一步加劇電刷發熱。

4 滑環發熱的處理方法

4.1 滑環同軸冷卻風量不足的處理方法。采取增加冷卻通風的措施，如外部安裝軸流風機冷卻。電刷或滑環溫度高時可以啟動風機加強表面熱交換，冷卻效果理想。定期使用干燥、干凈的壓縮空氣吹滑環的積灰和積粉，清除滑環外罩灰塵，停機后檢查和疏通滑環小孔，檢查和清理進風口濾網。

4.2 提高電刷維護質量，及時消除發熱缺陷盡可能使用廠家原裝電刷和刷盒。碳刷在刷握內應上下活動自如，碳刷與刷握的間隙應為0.1～0.2mm，電刷應無跳動、搖動或卡澀的情況；電刷磨面光亮無雜質，彈簧壓緊力應調整為11～12N，壓緊力過小時應更換新電刷或調整壓力，滑環表面溫度應不大于120℃。另外，當電刷磨去其高度的2/3或接觸不良時，應更換。刷架應無積垢，滑環表面氧化膜過厚或表面粗糙不光滑時，應用最細的砂布或白布打磨，禁止用粗糙砂布打磨。

5 結束語

滑環發熱現象運行中時有發生，嚴重威脅發電機的安全運行。因此，對集電環和碳刷的監視、維護并及時處理其發生的故障和損傷，是保證發電機長期穩定運行的重要工作之一。避免發熱關鍵還是預防為主，有效解決滑環發熱燒壞等問題，保證電機安全可靠運行，提高繞線電機產品的經濟效益和社會效益。