绕线式异步电动机集电环改进设计

绕线式异步电动机集电环改进设计

吴

摘

要

泰，程雪玲

江苏清江电机制造有限公司，江苏清江(223005)

集电环是绕线式异步电动机的至关重要的部件。但集电环安全性能往往成为制约

绕线式异步电动机正常运行的瓶颈。现通过改进设计提高集电环的安全裕度，使其适应能力更强、使用寿命更长，从而最大限度满足客户需求。

关键词

绕线式异步电动机;集电环;安全性;适应性;通风;使用寿命

文献标识码:B

7281(2012)01-0009-03文章编号:1008-中图分类号:TM303．2

TheOptimizedDesignofSlipRingofWound-RotorInductionMotor

WuTaiandChengXueling

Abstract

Theslipringisverykeycomponentofwound-rotorinductionmotor，butthese-curityofthiskindofmotorisoftenabottle-neckoflimitingnormaloperation．Thepurposeofthispaperistoimprovethesecuritymarginofslipringbymodifyingthedesignmethod．Thea-daptabilityofmotorwillbestrongerandoperationlifewillbelonger，soitcanfurthestmeettheneedsofclients．

Keywordserationlife

Wound-rotorinductionmotor;slipring;security;adaptability;ventilation;op-

0引言

缺陷来源于:爬电距离、绝缘强度裕度不够、抗污

损能力及高海拔适应能力低，也就是说可靠性不足。改进前集电环装配见图1

。

绕线式异步电动机通过集电环于转子回路串

联电阻来减小起动电流，提高起动转矩，缩短起动时间，进行有级调速。广泛应用于如球磨机、熟料窑、鼓风机等拖动设备。但实际使用环境非常复杂:通风不利、粉尘弥漫、湿度超标、海拔较高、保养不周，均会导致集电环频繁出现故障。如何提高集电环安全性能，是一个重要的课题。以下重点介绍提高外置型组装式集电环安全性能的改进设计。

1

1．11．21．3

集电环的设计制造原则

导体要求有足够的机械强度与载流能力;

图1普通设计的集电环组立

绝缘材料满足稳定运行需要的机械强度与耐电压水平;

2改进后的集电环

通过多种措施提高安全裕度，提高集电环的

《，按照中小型旋转电机安全通用要求》各导电

部位之间必须留有足够的电气间隙与爬电距离;1．4选用合适耐热等级的绝缘材料;集电环结构必须采用合适的通风散热方式;1．5考虑集电环的防护，以适应不同的使用环境;要求使用维护方便。

普通设计的集电环实际使用中，容易出现飞弧、短路、对地、甚至烧毁等故障。总结起来，这些

使用寿命。改进的集电环见图2。

2．1在刷架装配中于相邻的电刷/刷握与导环之间加设扇形隔板如序①。

材料:2～5mm环氧层压板3240，厚度依集电环径及机械强度需要而定。优点有以下两点。(1)成倍提高导体间(异相间的导电环、刷握、滑环)电气间隙。

(2)有效阻隔导电性粉尘(如电刷灰)或杂物

9

在相间弥漫，有效地防止飞弧或短路

。

(1)滑环金属表面(与电刷接触面除外)增加

了绝缘，大大提高了环间耐电压水平。改进前此部位成为电刷灰等导电性粉尘附着点，容易导致环间放电，绝缘加强后，此类隐患被清除。(2)整浸处理提高了滑环本身绝缘水平，也提高了滑环抗污损水平，增强了集电环对恶劣环境的适应能力。

2．5导电杆与滑环拧合的连接部位，用银铜焊焊

图2改进设计的集电环组立

2．2提高绝缘裕度的措施

牢(适合铜环，若因二者材质不同，需调整焊接方法)如④;转子引线与导电杆连接处需再加一扁螺母锁紧防松，如序⑥;二者提高了集电环的机械强

有效降低集电环导电杆与转子引线接度与可靠性，

触电阻，防止局部发热，杜绝因松动引起火花放电

乃至集电环烧毁事故，从而提高集电环使用寿命。2．6

集电环表面开螺旋风沟(深3宽5节距5)。

(1)螺旋通风沟能加强集电环表面、电刷表

滑环所附着的支架表面(包括支架表面以及

支架与滑环的配合面)在常规绝缘后，再于其表面绕包总计厚度约3mmF级网状无纬带(原来没有)，两端用聚酯玻璃边缘带挡边，防止无纬带滑落，如序②。

说明:聚酯玻璃布边缘带:厚1mm宽25．4mm聚酯玻璃布，其外侧带φ5玻璃丝束绳，其直径大小足以挡住绑在集电环支架表面厚约3mm的网状无纬带。带长取集电环支架外圆周长，如图3所示

。

面通风散热，降低集电环电刷表面温度。

(2)集电环外圆开设螺旋沟槽能有效地将电刷灰排除干净。不开沟的风险在于:电刷灰聚集在环与刷间，粘结于集电环或电刷表面，导致集电环与电刷运行不良，机械耗与电气损耗快速上升，以致产生火花、电刷磨损加快、集电环磨损加剧。如图4所示。

(3)关键:螺旋沟槽有排气作用，防止集电环

图3聚酯玻璃布边缘带挡无纬带

表面与电刷之间产生气垫，确保碳刷与集电环可靠接触，降低集电环运行的电气损耗和表面温度，提高集电环使用寿命

。

(1)既可对滑环进行轴向紧固，又提高了支

架部分的绝缘裕度。

(2)提高集电环抗污损能力，和对高海拔使用环境的适应能力。2．3

导电杆与绝缘管之间原来有约0．5～1mm装配间隙(如绝缘管内径φ22配导电杆直径φ20，有1mm单边间隙)，充满空气，现用环氧树脂填充，如序③。(1)提高绝缘管的机械强度，防止运行中离心力、振动力导致绝缘管磨损，寿命下降。(2)提高绝缘管部位与环间的耐压水平;消除绝缘管厚薄不均导致的绝缘击穿隐患点。2．4

集电环装配完成后，整体浸绝缘漆或VPI处理、烘干，清净滑环外圆等导电部位的余漆，要求

图4磨弧砂轮

2．7电动磨刷

为使电刷与集电环充分接触，电刷磨削办法

如图4。依集电环半径不同，将多个电刷固定在固定盘相应位置，通过更换不同半径的砂轮，实现电动快速磨刷。

3结语

滑环侧面的漆膜厚度达到约100μm如序④(原来滑环侧面为金属裸露面)。10

集电环设计改进，就是通过周密分析集电环在实际运行环境下的各种潜在失效模(下转14页)

2应用及效果

以上结构已广泛应用于阿萨汉、斯雷伯克、水津、阿海等常规国内外机组及拉西瓦、小湾、三峡右岸等巨型机组，以上机组均已发电，电站反馈运行良好。

1．滑转子;2．挡油管;3．上密封盒;4．下密封盒;5．吸油雾管路

图7

导轴承吸油雾管路

3结语

以上为立式中小机组及巨型机组导轴承及推

推力轴承防甩油及油雾溢出措施因结构不同，略有差异如图2所示。下导轴承及推力轴承密封盖如在转子负压区也必须设置补气管路，悬式机组推力轴承可不设补气管路，可以设置补气气窗，如图8

。

力轴承典型结构及采取的防甩油及油雾溢出措

施。主要措施一方面是增加挡油管的刚度、圆度，防止运行时与转动部件产生泵效应;另一方面是增加稳油板或稳油密封盖，尽量减小油面波动;再有就是设置吸油雾装置及补气管路，及时将机组运行时产生的油雾排出，防止油雾聚积、溢出污染定转子。在进行立式水轮发电机轴承结构设计时，要充分考虑防甩油及油雾溢出问题，防止因结构设计考虑不周给机组运行带来隐患。

参考文献

［1］白延年．水轮发电机设计与计算．北京:机械工业出1982．社，

［2］梁维燕．中国电气工程大典．北京:中国电力出版2009．社，

1．推力头;2．螺线密封管式挡油管;3．密封盖;4．吸油雾管路及补气管路;5．轴承盖(稳油盖板);6．下密封盖;7．吸油雾管路

图8

巨型机组推力轴承典型结构

男1977年生;毕业于甘肃工业大学机械电子工程专业，现从事水轮发电机设计工作．04-18收稿日期:2011-作者简介:宋洪占

櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒(上接10页)

式及其可能产生的不利后果，

参考文献

［1］GB14711．中小型旋转电机安全通用要求．1993．［2］陈世坤．电机设计．北京:机械工业出版社，1982．［3］许实章．电机学．北京:机械工业出版社，1996．［4］刘锦波，张承慧，等．电机与拖动．北京:机械工业出2006．版社，

作者简介:吴泰

男1972年生;1996年毕业南昌大学

在设计阶段从关键细节入手将各种失效的可能性

降到最低甚至完全消除，从而提高集电环可靠性。多年来，改进集电环成品完好率可已提高到98%以上。改进后电机于恶劣环境使用5年多，用户再也没提出对集电环的抱怨。因为改进后的集电环的可靠性能有效保障了电机持续运行的经济效益，客户还为其他多款绕线电机购进改进型集电环备品。改进的集电环成为我们的绕线异步电动机上的一大亮点。

机械制造专业，现从事电机研发设计工作．09-06收稿日期:2011-

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