皖南电机集电装置材质选取方法

皖南电机在矿山、冶金、水泥厂等行业中绕线转子异步电动机的集电环及电刷用于接通起动电阻，并在电机起动后将转子绕组短路。为减少集电环与电刷在整个使用期内的磨损和发热，集电环与电刷的选取对绕线转子电机至关重要。

1、集电环结构集电环结构按其使用性质分为：

整体塑料压铸式集电环（适用于小型电机）；装配式集电环（中型电机）；螺杆装配式集电环（中、低速大型电机）；热套式集电环（适用于高速电机）。

2、集电环材质选取根据导电性能、与电刷滑动接触时：

必须具备的耐磨性和稳定的滑动接触特性，以及机械强度的要求，滑环可用黄铜、青铜、低碳钢或中碳钢制成，高速电机的滑环用高强度合金钢（如35SMin）制成。对于腐蚀性场所，可以使用不锈钢滑环，但不锈钢的滑动特性不稳定，与电刷组合不合适往往使电刷产生跳动，容易造成电刷温升过高或异常磨损，尽量不采用此材质。

集电环上金属环的直径和宽度，与通过电流的大小、电刷数量、电刷尺寸、散热面积及电刷所能承受的圆周速度等因素有关。金属环之间的间隔应根据绕组电压所需绝缘距离及安装刷握、电刷等零件所需空间决定。当金属环表面的圆周速度为3070m/s时，金属环表面的气膜将引起电刷浮动，使电刷与金属环接触不良，电流分布不均而出现火花、电蚀，加速金属环的磨损和电刷发热。在金属环表加工出螺旋槽可防止此种情况发生。当集电环通过的电流达1000A以上时，金属环应开通风孔或加装风扇，以加强金属环的冷却。

3、电刷材质选取电刷种类较多：

大体可分为碳质电刷和金属质电刷两大类。因金属石墨电刷允许较大的电流密度，故可满足中低转速电机的要求。对于高转速的电机（例如2p电机）则应选用滑动特性和稳定特性好的天然石墨电刷。

选择电刷时，要综合考虑电机对电刷的技术要求和电刷的技术特性。电刷的技术特性包括接触特性和理化特性。影响电刷接触特性的因素主要有圆周速度、电流密度、施于电刷的单位压力及周围介质情况。电刷的接触特性主要有接触电压降和摩擦系数。

接触电压降是电流通过电刷、接触点薄膜、集电环的电压降。每一种电刷的接触电压降都有其极限值。金属石墨电刷的接触电压降比石墨电刷和电化石墨电刷的低。如果超过接触电压降的极限值，滑动接触点的电损耗将过大，并引起过热。

皖南电机对集电环来说，以采用接触电压较低的电刷较为合适。

摩擦是电刷正常运行必须考虑的一个重要因素，它是产生热量的原因之一。集电环表面薄膜的组成和性能，对摩擦情况的影响比较显著，而它又受电刷和集电环的材质、接触面情况和运行条件的影响。摩擦情况通常用电刷的摩擦系数衡量。当电刷数量越多，摩擦系数越大和圆周速度越高时，摩擦损耗也就越大。从机械损耗方面来看，用于高速电机的电刷，要求摩擦系数为最小。

剧烈的摩擦会使电刷在运行过程中引起振动，发出噪声，并导致接触不稳定。严重时，可使电刷碎裂。

电刷的理化特性主要有电阻率、硬度和灰分杂质。根据电阻率的大小可粗略地确定电刷的适用范围。电阻率高的电刷适用于换向困难的电机；中等电阻率的电刷适用于普通直流电机；低电阻率的电刷适用于低压电机。电刷的硬度和电阻率可综合反映电刷质量和使用性能的一般情况。

电阻率偏高而硬度偏低，说明电刷的密度低，易产生较大的磨损。电刷中含有少量极细微的灰分，能提高电刷的耐磨性能，然而，如果灰分杂质中含有少量硬质磨料颗粒，如碳化铁、碳化硅（即金刚砂），会把集电环表面划成沟槽，对电机危害极大。

4、试验验证根据集电环与电刷的特性：

皖南电机有限公司先后通过选用不同的电刷与集电环进行匹配试验，结果表明选择0452B型号电刷与锡青铜或硅黄铜滑环相匹配较为适宜。该电刷为金属石墨电刷，由铜粉和石墨粉混合制成，其电阻率较低、线速度较高、容许的电流密度较大，具有良好滑动特性，耐磨性等优点。要使所选的电刷与滑环达到最佳匹配，对电刷要进行整体研磨，使电刷弧面与集电环表面基本吻合，其接触面积应达到80.2005年我公司为普阳钢厂生产的YR560-41000kW电机，用户在试车时，电机运行半小时，电刷和集电环温度急剧升高，电刷刷辫变色不能使用。经分析所用电刷与设计要求不符，滑环为锡青铜，应配0452B型号电刷，但现场实际运行中的电刷型号为HCTD247，纯石墨电刷，不能满足大电流的要求，更换成0452B型号电刷后，电机运行一切正常。

5、结语

如何选择交流电动机的集电环与电刷，目前在国内外还没有一套成熟的经验，要想获得集电环与电刷匹配最佳，还需做进一步的理论研究和实践工作。