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1、酒钢科 技 2 0 1 3年第 4期 电机碳刷打 火原 因分析 与防范措 施 石金年 ( 酒钢集团宏达建材有限责任公司， 甘肃， 嘉峪关， 7 3 5 1 0 0 ) 摘 要 ：高压绕线 电机在水泥厂广泛应用， 在生产维护中。 最常见的故障是 电机碳刷 打火， 严重影响生产和 电机的安全运行。本文分析介绍 了酒钢宏达建材有限责任公司绕线 式电机在使用维护过程 中， 由于碳刷打火引起的电机滑环、 碳刷、 刷握烧损的原因及处理方 法， 并提 出了改进和防范措施。经过两年 多时间的实践， 故障现象基本排 除， 取得 了显著效 果， 为稳定生产和 电机安全运行准备 了条件。 关键词 ：滑环 ； 碳刷
2、； 电流 ； 放 炮 1 前言 电机碳刷打火是绕线式电机使用维护过程 中最常见的故障 。 碳刷打火如果发现及时 ， 停机 更换会影响生产 ； 如果发现不及 时， 可能会 因为 个别碳刷打火导致大面积打火 进而烧损滑环 甚至会烧损电机 。 造成更严重的后果。 酒钢宏达建材有限责任公司有 2 5台绕线式 高压电机 均为液阻柜启动或者通过液阻调速 ， 均为大功率核心设备 ， 会直接影响生产 。前几年 ， 经常会因为碳刷或滑环故障造成停产， 已经成为 制约稳定生产和电机安全运行的主要因素。 通过认真分析和实践 ， 找 出了原因， 制定 出 了相应的措施 ， 有效防止了故障的发生。 2 故 障现象 (
3、1 ) 窑尾收尘风机 、 高温风机、 水泥球磨机 、 煤磨球磨机滑环系统常见 的故障为滑环及碳刷 温 度无 规 律性 升 高 ( 超 过 1 0 0 C，个别 超 过 1 5 0 C) ， 个别碳刷开始打火 ， 如果不停机处理 ， 可 能会有更多的碳刷打火 ，发现不及时就会烧损 滑环甚至烧损电机。 ( 2 ) 生料立磨主电机 、矿粉立磨排风机滑环 系统常见 的故障为除滑环频繁打火之外 ，电机 启动时滑环放炮。 3 原 因分析及故障处理 3 1碳刷发热的因素 碳刷发热的因素有三部分组成 ：碳刷 自身 电阻发热 ， 碳刷接触压降发热和摩擦发热。碳刷 自身 电阻发热 的功率 ： WI = I 2 R
4、，碳刷接触压降 发热的功率 ： W2 = I AE ， 摩擦发热功率 ： W3 = F V， 其 中 ： I 为流过碳刷 的电流 ； R为碳刷 电阻 ； AE 为接触压降 ； F为碳刷压紧力 ； V为碳刷与滑环 的相对运动速度 。 3 2滑环、 碳刷烧损及滑环放炮原因分析及 防范 措 施 ( 1 ) 滑环烧损除了明显的加工精度( 失圆或表 面光洁度差) 外 ， 主要是因为碳刷打火引起 ， 处理 好碳刷打火问题 。 滑环烧损 、 滑环绝缘击穿等问 题迎刃而解。滑环表面已经出现熔点或麻坑 ， 可 用砂纸和油石进行打磨处理 ， 直至表面光滑。 ( 2 ) 碳刷打火的主要原因及防范： 碳刷的 更换 ：
5、 一道滑环要选用同一厂家、 最好是同一批 次的产 品， 保证碳刷 自身电阻的平衡 ， 电阻不平 衡将导致各碳刷的电流失衡 。 电阻较大的碳刷先 打火 。 该碳刷导电性能变差 ， 其它碳刷 电流相应 升高 ， 滑环温度不断升高， 形成恶性循环 ； 更换前 一8 7 酒钢科技 2 0 1 3年第 4期 要对碳刷进行打磨 ，保证碳刷与滑环有 7 5 以 上的接触面， 建议制作 固定的模具 ， 在固定模具 上打磨碳刷 ， 保证碳刷与滑环充分吻合 ， 保证每 个碳刷均有良好 的导电性 ； 每道滑环每次更换碳 刷的数量不能超过三分之一 ， 保证有三分之二的 碳刷与滑环接触良好 。尽管对碳刷进行了打磨 ，
6、但是肯定没有滑环与碳刷 自身研磨的效果好 ， 每 次更换的数量太多 就会破坏每个碳刷上的电流 分布 造成滑环与碳刷接触不好的碳刷先打火 。 刷握及压簧的维护： 在运行中， 碳刷卡阻是碳 刷发热的主要原因。碳刷通过电流后发热 ， 刷体 膨胀 ， 容易卡在刷握内， 这时拉动刷辫感觉很紧； 部分碳刷 由于振动、 刷握不垂直等原因 ， 也会发 生卡阻现象。因此在安装时， 一定要检查刷握内 壁是否光滑 。碳刷 与刷握之间一定要有 0 1 0 2 毫米间隙， 拉动刷辫时要活动 自如 ， 刷握要与滑 环垂直安装 刷握下沿与滑环表面的距离调整为 2 3毫米。在安装前 ， 通常要对刷握 内壁和碳刷 的棱角进行研
7、磨 ， 尤其是新使用的刷握 ， 保证碳 刷在刷握内灵活垂直运动。 压簧压力不均匀或大 小不适宜， 也会引起碳刷发热。 正常情况下， 压簧 压力越大， 接触压降越小 ， 碳刷发热量小。 压力不 均匀会导致压力小 的碳刷先发热 从而导致整个 滑环发热。 因此在安装时 ， 最好同批更换压簧 ， 以 保证压力均衡 ， 压簧使用一段时间或受热后压力 会有较大变化。要使用弹簧秤定期检测压簧压 力 保证压簧压力基本平衡。碳刷磨短之后会直 接影响压簧压力 。 进而导致碳刷打火 。一般磨短 到三分之二时要及时更换碳刷。 机械振动： 电 机整体或滑环部分机械振动值不达标也是碳刷 打火的主要原因。 机械振动会导致碳
8、刷在刷握内 发生跳动 。同时容易引起碳刷在刷握内卡阻， 从 而使接触压降增大而导致碳刷接触压降发热功 率加大。 电流平衡的破坏 ： 一般情况下 ， 非恒 压弹簧碳刷新换上和压紧弹簧 ， 碳刷与滑环接触 面的接触压力较大 即接触压降小 ， 所有碳刷工 况相近， 每个碳刷 的电流接近相等 ， 碳刷的温度 均较低 ， 碳刷间电流相对稳定平衡。运行一段时 间后，碳刷的磨损量相近 ，但出现了氧化膜 、 气 膜 、 卡阻等因素 ， 碳刷磨损了或压簧压力降低了， 一8 8一 碳刷接触面的解除压力减小 ， 碳刷间电流二次再 分配 ， 每个碳刷的电流差异增大 ， 处于不稳定平 衡电流较高的碳刷就可能先打火。 辅
9、助措 施： 采取以上措施仍然不能有效排除碳刷发热问 题 就要考虑采取改造措施 ， 最有效的办法是增 加碳刷。通过增加碳刷数量 ， 减小每个碳刷上的 电流 效果十分显著。部分生产厂家在弧形板上 已经预留了备用位置 ，如果没用预留备用位置 ， 可以考虑 自制弧形板 。 然后增加碳刷数量 。具体 改造方案见附图。滑环通风不好影响散热 ， 也是 碳刷发热的原 因， 在夏季要考虑# t, J J n 风机 ， 进行 强制通风散热。 ( 3 ) 滑环放炮的原因及 防范 ：滑环放炮一般 发生在电机启动过程中。启动过程转子电流最 高，此时滑环室 内和滑环表面聚集 的碳粉容易 形成短路放炮。防范措施主要是加强滑
10、环室内 通风 ，使碳粉及 时从滑环室排出，不要形成 聚 集。滑环室 内通风不好 时，要考虑增加强制通 风。滑环放炮的原因主要是滑环室内通风不好 ， 碳刷磨损形成的导电粉沫没有及时排出 ，附着 在滑环表面 。 启动 电流较高 ， 附着在滑环上的导 电粉沫产生短路放炮 。滑环放炮是一种很严重 的故障， 往往会引起整个滑环室着火 。 烧损滑环 和电缆 ， 造成严重后果。有效的处理方法是每次 开机前要对滑环进行吹扫擦拭 。对于频繁启动 的设备 ， 必须增加强制通风。 4 结语 ( 1 ) 酒钢宏达建材有 限责任公 司 2 5台绕线 式高压 电机 依据上述 方法进行 维护和 改造之 后 。 自 2 0 0 9年至今再没有出现过碳刷严重烧损 现象 ， 为稳定生产创造 了很好的设备条件 。 ( 2 ) 预防碳刷打火和滑环放炮 ，除了必要的 技术措施之外 ， 必须要有相应的管理要求 。对碳 刷质量 、 更换周期 、 检查频次 、 运行环 境等要有 明确的记录和检查周期 ， 碳刷要定期更换 ， 压簧 压力要定期检测 ，只要维护到位就一定能够保 证碳刷与滑环的正常使用寿命 。 ( 3 ) 本次改造过程 中部分技术措施具有独 创性 ， 效果非常显著 ， 具有较高的借鉴价值。
