集电环也叫导电环、滑环、集流环、汇流环等。它可以用在任何要求连续旋转的同时,又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中。滑环能够提高系统性能,简化系统结构,避免导线在旋转过程中造成扭伤。集电环的材质要求机械强度大,并是电的良导体,还要具有耐腐蚀性,在与电刷滑动接触时,具备耐磨性和稳定的滑动接触特性。一般,钢质集电环的耐磨性好,机械强度大,因此大多用于因极性引起集电环磨损差较大的同步电机上。
集电环系列同步电机和异步电动机等采用集电环的电机,比较广泛地用于产业部门,而且,多数是在各种苛刻条件下运行的。这些电机虽然没有直流电机那样的换向作用,但与换向器一样,也出现集电环或电刷的异常磨损,电刷振动以及产生火花等弊病。特别从电刷材质来看,集电环用电刷不仅使用石墨电刷,而且为了提高电刷的电流密度,有时也使用金属石墨电刷,所以,还考虑异常残余膨胀等因素。即使对于汽轮发电机那样的高速电机或在全封闭气体介质和氢气介质中运行的电机,问题也不少。
引发发电机集电环环火事故的因素有:碳刷质量不良,过热时碳刷容易碎裂,大量碎屑导致碳刷与集电环之间拉弧;靠近集电环的发电机密封瓦处漏氢;集电环冷却风进风口滤网堵塞,抽风量减小,影响集电环表面冷却效果;发电机密封油泄漏,以及碳粉排出不畅,油气与碳粉混合物污染集电环室。
碳刷与集电环表面接触不良,集电环表面及碳刷组件过热等。其中,碳刷与集电环接触不良是导致集电环环火烧损事故的主要原因。碳刷与集电环接触不良引发局部打火,造成集电环温度升高,碳刷接触恶化,励磁电流在碳刷间分配不均,导致环火。碳刷与集电环表面接触不良通常难以发现,引起集电环环火事故经历时间相对较短,因此难于及时处理。
随着导电滑环使用越来越广泛,使用环境也更加多样化,在设计之初就应该把使用环境这一重要因素考虑入内,在询问客户使用环境的同时,也需要把储藏温度一定考虑入内,如需要对导电滑环进行一定防护的时候,我们将会在产品设计之中体现出来,不会因为外界的影响,而使导电滑环的使用受到影响。
集电环的工作温度则与表面形成氧化层直接相关,电刷的氧化层还与电刷的型号有过,一般在70℃时容易形成。形成一层均匀稳定氧化层的作用在于有很好的润滑性,可在电刷在运转时,可以降低摩擦时的损耗。一个良好的氧化层是集电环良好工作的标志,电刷很多故障和使用时间短都是因为氧化层不能很好形成所导致的。
导电环,包括定子部分刷线、刷架,和转子部分的主轴,两个主要部分组成。刷架用来固定刷线,同时还起到了支撑定子部分的作用,刷丝与主轴的铜环接触,并保持一定的压力,以此来达到传输电流的作用,刷线与主轴之间的压力,决定了导电环的接触电阻及转动时的摩擦阻力和对接触点的磨损。在转动时,刷线与铜环之间的压力变化、主轴转动时产生的离心力这些都会随着使用时间而产生变化,所以在产品结构设计的前提下,平时的观察与维护也是需要重视的。这对于导电环的整体使用寿命息息相关。