发电机碳刷保养 维修问题课件

1、23Carbone Lorraine Beijing China北京商务处：北京英威达电碳有限公司北京Tel: 010 6236 8088 Fax: 0108892 5876 （0（中国电机工程学会火电专业委员会、团体会员） 总经理:王焕章电刷故障的诊断、排除与日常维护一、 关于电刷的定义：1， 什么是电刷？ 电刷是用于电机的换向器或集电环上，作为导出或导入电流的滑动接触体。2， 电刷的分类？ 目前，国际上流行的分类方法：1） 按电刷的材质的软硬分为： 软质电刷、中硬质电刷、硬质电刷；2） 按电刷的适用对象分为：汽轮发电机用电刷、轧钢机用电刷、汽车用电刷、电动工具用电

2、刷；航空电机用电刷等、3） 按电刷颜色分为： 黑色电刷、 有色电刷；4） 按材料的组成和生产工艺的不同分为：石墨电刷-（以石墨粉为原料，以沥青煤焦油或树脂为粘结剂，经混合、压制、烧结或固化而制成）；炭石墨电刷-（以焦炭和石墨为原料，以沥青或煤焦油为粘结剂，经混合、压制、烧结而制成）；电化石墨电刷-以焦碳粉或石墨粉为原料，以沥青或煤焦油为粘结剂，经混合、压制、烧结、石墨化而制成）；金属石墨电刷-以金属粉末和石墨粉为原料，经压制、烧结而制成；3， 机电环上碳刷的几种结构： 1）上端倾斜角：2）长方体二、 常见发电机电刷、刷盒、集电环故障与诊断 电刷部分-（刷体材料、刷辫与接线片、绝缘垫、间隙公差、

3、破损、分层剥落、过热、脱离滑环、磨损加大、火花大、端面发亮） 刷辫、接线片、绝缘垫-（过热、变色锈蚀、脱出、接线片过热 刷盒部分-（主体材质、内径尺寸、底部距离、接触压降） 弹簧部分-（弹簧材料、压力数值、疲劳） 集电环部分-（表面光洁度、不同颜色、过热、变形、小沟槽、波状外形、浸蚀性磨损、烧伤、）1,关于电刷的磨损： 电刷的磨损率是电刷工作性能良好的重要标志之一.磨损率小,电刷的使用寿命长,其维护的工作量就小,运行成本也低. 一般情况下,电刷的磨损以下述三种形态存在: a,没有电流作用时的纯机械磨损;b,在有电流作用下的机械磨损;c,纯电气磨损.下面我们分析影响电刷磨损率的几种因素:1) 换

4、向器或集电环表面状态的影响 换向器或集电环的表面状态对电刷磨损率的影响很大.换向器或集电环的表面光洁度,关系到摩擦系数的大小.换向器上的光洁度,应在7以上;汽轮发电机滑环,除了保证一定的光洁度外,还能够确保符合条件的-粗糙度.法国罗兰公司要求汽轮发电机滑环的粗糙度在: 新环:Ra:0.2 旧环:Ra:1.5其次,在换向器或集电环的表面上有一层良好的氧化膜,造成边界摩擦条件,对降低摩擦系数,减少磨损很有好处.如果氧化膜遭到破坏,电刷的磨损将迅速增加.2)弹簧压力对电刷磨损的影响 每一种型号的电刷都有其允许的弹簧压力. 弹簧压力,主要作用达到电刷与换向器或集电环的良好接触:实际表现,弹簧压力大不好

5、,小也不好.弹簧压力小了,电刷与换向器或集电环的接触不良,这样,可以降低摩擦系数,减少纯机械性磨损,但是,却大大增加了电气磨损,且易造成(加大)火花;如果弹簧压力过大,虽然电气磨损降低,但机械磨损增加,总的结果使电刷磨损加大.3)电流的影响一般情况下,通电时电刷的磨损率要比无电流时大的多.因为电刷与换向器或集电环之间是滑动接触,电流从面积很小的真实接触面上通过,因而使接触部分的温度比电刷的平均温度要高很多,造成多孔的碳石墨刷体升温而氧化,使连接变弱,导致接触表面部分的碳石墨剥落到换向器或集电环上,因此使电刷的磨损加大.根据实践证明,同样地电刷材料,同样地转速,同样地弹簧压力,电机的正极电刷要比

6、负刷磨损大.在显微镜下,正电刷的滑动接触面较光泽,负电刷的接触面则较为粗糙.这也是负刷磨损大的原因,另一个原因是,由于电弧的阴极比阳极温度高的结果.4)偏心的影响换向器或集电环的偏心(或振摆)对电刷的磨损是影响的.偏心愈大,磨损愈大.特别是金属电刷,其磨损受偏心的影响更大,当偏心达到5/100mm以上时,电刷磨损急剧变大.因此,应严格控制换向器或集电环的偏心.保证较低的偏心率,是非常必要的,否则,将会导致电刷摩擦表面火花加大,从而加大集电环表面电蚀现象,滑环的浸蚀越多,浸蚀的现象就越严重,进而,运行中的电刷破损的可能性就越大.我们建议:汽轮发电机滑环的一个运行期限内偏心率不大于:0.03mm(

7、不包括设备的公差值);5)电刷材质的影响电刷的材质好坏,可以从其表现的技术性能上反映出来.优质材质的技术性能主要在:接触电阻低 额定电流高 适用线速度高等指标方面表现杰出.另外,电刷材质中主要成分:灰分的大小,也关系到电刷的磨损.如果电刷中含有碳化硅等硬质颗粒时,电刷会发生特别异常磨损,而且对换向器或集电环的磨损也很严重.6)圆周速度的影响各种电刷都有其允许的最高圆周速度.当实际运行超过额定运行速度时,电刷的磨损率会迅速增加.7)湿度的影响和粉尘磨损很多研究证明,石墨的润滑性能受湿气的影响很大.如果在真空中,石墨将失去润滑作用,同时磨损加大.当空气中水分很低时,将发生粉尘磨损(又称磨料磨损).

8、这是因为空气中湿度很低时,氧化膜失去润滑作用,电刷与换向器或集电环之间的接触面,在摩擦过程中迅速从基体上剥落下来的一些粉粒,破坏了边界润滑条件,变成了磨料磨损(即粉尘磨损).当空气中湿度低于0.3g/ 立方米时,通常会引起这种粉尘磨损过程.除了湿度低以外,其他有害气体和粉尘对电刷磨损也有影响;8)硅蒸汽中电刷的磨损此类影响,主要指H级绝缘全封闭电机,所使用的电刷磨损较快,其原因就是从绝缘漆中蒸发出来的硅蒸汽所引起的.9)其他综合原因的影响磨损其他总和原因:原料制备过程(粒度,杂质,纯度等);加工工艺水平;组装性能指标;型号选择;电刷与刷盒,距离,排列等配合方面.2,换向火花的等级换向火花是衡量

9、换向优劣的主要标准,也是关系到直流电机能否正常运行的关键因素之一.对直流电机的换向进行维护和调整,都是为了使直流电机能达到无火花或轻微的(无害的)换向火花运行.1)换向火花等级的原则直流电机在运行中,换向火花是电机换向性能好坏的标志,也是考核电刷换向能力的标志.严格说应以火花能量和火花电压为标准来确定火化大小和他的危害性.但是,迄今对换向火化的能量和火花电压还无法作出精确地测定,目前只能根据换向火花的亮度,颜色,大小以及火花对电刷与换向器或集电环损害的程度来划分换向火花的等级.因此,在判别直流电机火花等级时,往往带有火花观察者的某些主观因素.2)火花等级的划分火花等级中国标准为:GB755-6

10、5火花等级电刷下的火花程度换向器与集电环及电刷的状态 1无火花 1 1/4电刷边缘仅有微弱的点状火花或有非放电性的红色小火花换向器上没有黑痕及电刷上没有灼痕。 1 1/2电刷边缘大部分有轻微的火花换向器上有黑痕出现，用汽油擦其表面即能除去，在电刷表面有轻微的灼痕。 2电刷边缘全部或大部有强烈火花换向器上有黑痕出现，用汽油不能擦去，同时电刷上有灼痕，如果短时出现这一级火花，换向器上不出现灼痕，电刷不被烧焦和损坏。 3电刷整个边缘有强烈火花，同时有大火花飞出。换向器上黑痕相当严重，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕，如果在这一级火花下短时运行，则换向器上将出现灼痕，同时电刷将被烧焦，损坏。3大型汽轮

11、发电机组用电刷的选型高速汽轮机或滑环容易产生火花，电刷受到严重磨损，换向器出现条痕和电流分布不均匀现象，对电机的稳定运行，产生了不良的影响。这些现象的出现，和高速汽轮发电机的特点有密切关系。1)整流子振摆问题：由于存在振摆，且振摆随转速的增加而加大，影响电刷与整流子的良好接触。所以，充分发挥良好的换向性能，在大振摆的前提下，对电刷提出一个严峻的考验；高速励磁机换向比普通电机困难，振摆较大是其主要原因之一，为此，在振摆大的场合下，适当增加弹簧压力，或在电刷压板之间选择良好的减震衬垫，对于改善换向有一定效果；2）线速度高与电流分配均匀：由于线速度高，易发生并联电刷电流分配不均匀的现象。有时，电流都

12、集中在一个或几个电刷上，引起个别电刷过热，电刷导线变色或烧断。 引起电刷电流分配不均匀的主要原因： a 电刷本身电阻率不均匀，额定电流相对较小。目前，国内普遍应用的300MW用电刷牌号：NCC634（上海摩根），电阻率：2025; 额定电流10A/LFC554(法国进口), 电阻率:1520; 额定电流16A/ b 机械上的原因 由于整流子或集电环偏心,转轴轴向串动,刷盒不正或电刷与刷盒配合间隙不当,造成电刷在刷盒内浮动受阻或卡住,弹簧压力不均,造成电刷与集电环或换向器接触不稳定等; c 电气上的原因 由于滑动接触面间的导电微粒分布不均匀,氧化膜厚度不均匀等造成接触电阻大小不同; d 滑动接触

13、面间气体压力的影响 电刷滑动接触面与集电环(换向器)表面作高速相对滑动时,由于电刷在刷盒内晃动,造成电刷弧面大于集电环或整流子弧面,形成了楔形空间.在滑入边,当电机在高速运转时,粘附于集电环或整流子表面上且随之旋转的空气层进入楔形空间,对电刷产生一个向上的作用力;而在电刷滑出边同样也存在一个楔形空间,在电机高速旋转时,楔形空间里的空气同样会粘附于滑环或整流子表面被带走,对电刷的弧面造成气吸现象,使电刷受到一个向下的吸力.在这种情况下,由于电刷前后两部分受到方向相反的两个力的作用,而且作用点不在一条直线上,会使电刷在刷盒里歪斜,结果扩大了滑入边空气楔的空间.随着滑环或整流子现速度的提高,跟随滑环

14、或整流子旋转的空气对电刷滑入边产生的向上的浮力以及对电刷滑出边产生的向下的吸力也随之增大.一般情况下,在滑入边和滑出边形成的楔形空间相等时,且在线速度较高的情况下,滑入边楔形空间里产生的向上的浮力要大于滑出边楔形空间里所产生的吸力,这是因为进入滑入边以前,滑环或整流子上粘附的空气量及其动能要大于滑出边楔形空间里带走的空气量及其动能(因为此处的空气被带走的速度是从零开始而加速的),在其他条件相同时,线速度越高,电刷受到带入空气所产生的向上的浮力越大,当大到足以克服滑出边所受到的吸力,弹簧压力和电刷的重量以及电刷与刷盒壁之间的摩擦力的总和时,电刷被滑环或整流子带入的空气托起,造成电刷与滑动接触面分

15、离而不导电;另一部分关于电刷,当其滑出边的楔形空间大于滑入边的楔形空间时,带走的空气量就大于带入滑入边楔形空间的空气量,因而产生的吸力就大于滑入边楔形空间所产生的浮力,有使滑出边楔形空间减少的趋势,但电刷被刷盒架住,不可能改变其角度,因此,电刷被紧紧的吸附在滑环或整流子上,当然电流就从这些电刷经过,造成电流分配不均匀,这就是所谓的气垫现象. 为了消除气垫现象,我们看见:集电环上车削螺旋槽,电刷弹簧压力加大,电刷假比重小而多孔.这些措施,都有利于空气的排泄(在滑入边)或吸入(在滑出边),以减少气垫的作用力.总之,上述理论与实践的总结,是客观的,不可更改,不可否认的,在满足高速励磁机的设计运行原理

16、的前提下,电刷的选型与应用则尤为重要.目前国际上较为公认的原则是,高速汽轮发电机用电刷,应该选择:接触压降大的(大于2.5V);摩擦系数小的(小于0.20);允许圆周速度高的(90100m/s)额定电流大的(大于12A/) 4 电刷运行不正常的现象,原因,解决措施 为了使电刷使用者能够了解引起非正常运行的各种原因,现将世界公认的法国罗兰关于电刷运行的系统分析与解决办法,呈现给中国的客户. 非正常运行的表现 引起非正常运行的可能原因 A,电刷部分 1)电刷破损: 电刷部分或全部脱离滑环； 电刷镜面不平滑，由此引起滑环工作面不平整； 电机轴承磨损； 电刷质量不佳； 滑环工作面出现平坦区带； 刷握弹

17、簧压力选择不当； 刷握磨损； 由传动机械缺陷引起的震动2)分层剥落: 刷握机械部件阻卡； 电刷在刷握阻卡； 电刷过软； 电刷质量不佳； 3)过热 刷下气压高于大气压力； 大气中充满化学物质； 空气中含有粘滞性物质； 刷握机械部件阻卡； 电刷截面过大； 电刷与换向器接触电阻过大； 电刷与换向器的接触面磨光过度； 电刷导线的接头尺寸选择不当； 导线与接头装配不佳； 电刷质量不佳； 弹簧压力不均匀；4)与滑环脱离接触 空气中灰尘较大； 空气中含有粘滞性物质； 刷握机械部件阻卡； 电刷在刷握中阻卡； 导线过短； 导线伸缩性不良； 润滑油甩出； 刷握弹簧压力选择不当；5)磨损均匀增大 空气中灰尘较大；

18、空气中湿度过低； 负荷波动范围大； 电刷质量不佳； 刷握磨损；6)磨损非均匀增大 大气中充满化学物质； 刷握机械部件阻卡； 并联电刷电流分布不均； 导线及其接头尺寸选择不当或二者装配质量不佳； 电刷质量不佳； 弹簧压力不均匀；7)火花发生在整个接触面 刷下气压高于大气压力； 并联电刷电流分布不均匀； 电刷质量不佳； 弹簧压力不均匀；8)火花发生在电刷边缘 空气中含有粘滞性物质； 刷握机械部件阻卡； 电刷在刷握中阻卡； 电刷过重； 电刷与换向器的接触面磨光过度； 电机未找平 电机轴承磨损； 电刷质量不佳； 滑环工作面出现平坦区带； 刷握磨损； 由传动机械缺陷引起的震动；9)接触面发亮 刷辨触及滑

19、环； 刷辨过长； B电刷附件1) 导线过热 刷下气压高于大气压力； 电刷与换向器接触电阻过大； 并联电刷电流分布不均； 刷辨及其接头尺寸选择不当或二者装配质量不佳； 刷辨材质过硬； 2) 导线锈蚀 周围有腐蚀性气体； 大气中充满化学气体；3) 导线脱出 周围有腐蚀性气体； 并联电刷电流分布不均； 刷辨及其接头尺寸选择不当或二者装配质量不佳； 电刷质量不佳； 滑环工作面出现平坦区带； 刷握磨损；4) 接线片过热 电刷与换向器接触电阻过大； 并联电刷电流分布不均； 刷辨及其接头尺寸选择不当或二者装配质量不佳； 刷辨材质过硬； C滑环1) 烧伤 刷下气压高于大气压力； 电刷部分或全部脱离滑环； 电刷

20、过重； 刷辨过短； 滑环材质中含有有害物质； 启动电流过大；2）变形 同步电机滑环上电刷排布不均， 导致滑环不同部位非均匀生热 停机情况下与电刷材质发生局部反应； 电机总是停在同一位置； 由传动机械缺陷引起的震动；3）多有小槽沟 刷下气压高于大气压力； 周围有腐蚀性气体 空气中湿度过低； 刷握机械部件阻卡； 电刷部分或全部脱离滑环； 电刷在刷握中阻卡； 电刷过重； 电刷截面过大； 刷辨过短； 刷辨伸缩性不良； 电刷质量不佳； 刷握弹簧压力选择不当； 4）过热 大气中充满化学物质； 电刷与刷盒间隙过大； 电刷与换向器的接触面磨光过度； 电机过负荷； 电刷质量不佳； 刷握弹簧压力选择不当； 通风不

21、良；5）呈现不同色调 同步电机滑环上电刷排布不均，导致滑环不同部位非均匀生热；停机情况下与电刷材质发生局部反应；电机总是停在同一位置；电刷质量不佳；启动电流过大；由传动机械缺陷引起的震动；6）呈现波状外形 停机情况下与电刷材质发生局部反应； 电机总是停在同一位置； 滑环材质中含有有害物质； 滑环工作面出现平坦区带； 启动电流过大； 由传动机械缺陷引起的震动；7）出现浸蚀性磨损 空气中湿度过大； 书握机械部件阻卡； 电刷在刷和中阻卡； 电刷过重； 电刷截面过大； 电刷与换向器接触电阻过小； 刷辨过短； 刷辨伸缩性不良； 润滑油甩出； 电刷质量不佳； 刷握弹簧压力选择不当； 电机中的跳动三,规范的日常电刷维护 电刷在工作时,应与换向器或滑环保持良好的滑动接触,才能保证电机的正常运行,为此,必须加强对电刷的维护工作. 建议内容如下:1， 电刷的接触面要力求和换向器或滑环表面相吻合，而且，电刷在换向器圆周上的距离应相等，并处在中线上；