皖南電機(jī)在礦山、冶金、水泥廠等行業(yè)中繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的集電環(huán)及電刷用于接通起動(dòng)電阻，并在電機(jī)起動(dòng)后將轉(zhuǎn)子繞組短路。為減少集電環(huán)與電刷在整個(gè)使用期內(nèi)的磨損和發(fā)熱，集電環(huán)與電刷的選取對繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)至關(guān)重要。

1、集電環(huán)結(jié)構(gòu)集電環(huán)結(jié)構(gòu)按其使用性質(zhì)分為：

整體塑料壓鑄式集電環(huán)（適用于小型電機(jī)）；裝配式集電環(huán)（中型電機(jī)）；螺桿裝配式集電環(huán)（中、低速大型電機(jī)）；熱套式集電環(huán)（適用于高速電機(jī)）。

2、集電環(huán)材質(zhì)選取根據(jù)導(dǎo)電性能、與電刷滑動(dòng)接觸時(shí)：

必須具備的耐磨性和穩(wěn)定的滑動(dòng)接觸特性，以及機(jī)械強(qiáng)度的要求，滑環(huán)可用黃銅、青銅、低碳鋼或中碳鋼制成，高速電機(jī)的滑環(huán)用高強(qiáng)度合金鋼（如35SMin）制成。對于腐蝕性場所，可以使用不銹鋼滑環(huán)，但不銹鋼的滑動(dòng)特性不穩(wěn)定，與電刷組合不合適往往使電刷產(chǎn)生跳動(dòng)，容易造成電刷溫升過高或異常磨損，盡量不采用此材質(zhì)。

集電環(huán)上金屬環(huán)的直徑和寬度，與通過電流的大小、電刷數(shù)量、電刷尺寸、散熱面積及電刷所能承受的圓周速度等因素有關(guān)。金屬環(huán)之間的間隔應(yīng)根據(jù)繞組電壓所需絕緣距離及安裝刷握、電刷等零件所需空間決定。當(dāng)金屬環(huán)表面的圓周速度為3070m/s時(shí)，金屬環(huán)表面的氣膜將引起電刷浮動(dòng)，使電刷與金屬環(huán)接觸不良，電流分布不均而出現(xiàn)火花、電蝕，加速金屬環(huán)的磨損和電刷發(fā)熱。在金屬環(huán)表加工出螺旋槽可防止此種情況發(fā)生。當(dāng)集電環(huán)通過的電流達(dá)1000A以上時(shí)，金屬環(huán)應(yīng)開通風(fēng)孔或加裝風(fēng)扇，以加強(qiáng)金屬環(huán)的冷卻。

3、電刷材質(zhì)選取電刷種類較多：

大體可分為碳質(zhì)電刷和金屬質(zhì)電刷兩大類。因金屬石墨電刷允許較大的電流密度，故可滿足中低轉(zhuǎn)速電機(jī)的要求。對于高轉(zhuǎn)速的電機(jī)（例如2p電機(jī)）則應(yīng)選用滑動(dòng)特性和穩(wěn)定特性好的天然石墨電刷。

選擇電刷時(shí)，要綜合考慮電機(jī)對電刷的技術(shù)要求和電刷的技術(shù)特性。電刷的技術(shù)特性包括接觸特性和理化特性。影響電刷接觸特性的因素主要有圓周速度、電流密度、施于電刷的單位壓力及周圍介質(zhì)情況。電刷的接觸特性主要有接觸電壓降和摩擦系數(shù)。

接觸電壓降是電流通過電刷、接觸點(diǎn)薄膜、集電環(huán)的電壓降。每一種電刷的接觸電壓降都有其極限值。金屬石墨電刷的接觸電壓降比石墨電刷和電化石墨電刷的低。如果超過接觸電壓降的極限值，滑動(dòng)接觸點(diǎn)的電損耗將過大，并引起過熱。

皖南電機(jī)對集電環(huán)來說，以采用接觸電壓較低的電刷較為合適。

摩擦是電刷正常運(yùn)行必須考慮的一個(gè)重要因素，它是產(chǎn)生熱量的原因之一。集電環(huán)表面薄膜的組成和性能，對摩擦情況的影響比較顯著，而它又受電刷和集電環(huán)的材質(zhì)、接觸面情況和運(yùn)行條件的影響。摩擦情況通常用電刷的摩擦系數(shù)衡量。當(dāng)電刷數(shù)量越多，摩擦系數(shù)越大和圓周速度越高時(shí)，摩擦損耗也就越大。從機(jī)械損耗方面來看，用于高速電機(jī)的電刷，要求摩擦系數(shù)為最小。

劇烈的摩擦?xí)闺娝⒃谶\(yùn)行過程中引起振動(dòng)，發(fā)出噪聲，并導(dǎo)致接觸不穩(wěn)定。嚴(yán)重時(shí)，可使電刷碎裂。

電刷的理化特性主要有電阻率、硬度和灰分雜質(zhì)。根據(jù)電阻率的大小可粗略地確定電刷的適用范圍。電阻率高的電刷適用于換向困難的電機(jī)；中等電阻率的電刷適用于普通直流電機(jī)；低電阻率的電刷適用于低壓電機(jī)。電刷的硬度和電阻率可綜合反映電刷質(zhì)量和使用性能的一般情況。

電阻率偏高而硬度偏低，說明電刷的密度低，易產(chǎn)生較大的磨損。電刷中含有少量極細(xì)微的灰分，能提高電刷的耐磨性能，然而，如果灰分雜質(zhì)中含有少量硬質(zhì)磨料顆粒，如碳化鐵、碳化硅（即金剛砂），會(huì)把集電環(huán)表面劃成溝槽，對電機(jī)危害極大。

4、試驗(yàn)驗(yàn)證根據(jù)集電環(huán)與電刷的特性：

皖南電機(jī)有限公司先后通過選用不同的電刷與集電環(huán)進(jìn)行匹配試驗(yàn)，結(jié)果表明選擇0452B型號(hào)電刷與錫青銅或硅黃銅滑環(huán)相匹配較為適宜。該電刷為金屬石墨電刷，由銅粉和石墨粉混合制成，其電阻率較低、線速度較高、容許的電流密度較大，具有良好滑動(dòng)特性，耐磨性等優(yōu)點(diǎn)。要使所選的電刷與滑環(huán)達(dá)到最佳匹配，對電刷要進(jìn)行整體研磨，使電刷弧面與集電環(huán)表面基本吻合，其接觸面積應(yīng)達(dá)到80.2005年我公司為普陽鋼廠生產(chǎn)的YR560-41000kW電機(jī)，用戶在試車時(shí)，電機(jī)運(yùn)行半小時(shí)，電刷和集電環(huán)溫度急劇升高，電刷刷辮變色不能使用。經(jīng)分析所用電刷與設(shè)計(jì)要求不符，滑環(huán)為錫青銅，應(yīng)配0452B型號(hào)電刷，但現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中的電刷型號(hào)為HCTD247，純石墨電刷，不能滿足大電流的要求，更換成0452B型號(hào)電刷后，電機(jī)運(yùn)行一切正常。

5、結(jié)語

如何選擇交流電動(dòng)機(jī)的集電環(huán)與電刷，目前在國內(nèi)外還沒有一套成熟的經(jīng)驗(yàn)，要想獲得集電環(huán)與電刷匹配最佳，還需做進(jìn)一步的理論研究和實(shí)踐工作。