电机用电刷最优磨损量的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气设备重要组件领域，涉及电机用电刷最优磨损量的测量，特别涉 及大型电机用电刷的最优磨损状态的测量。 技术背景
[0002] 在我国，电力行业作为国民经济生产中的重要一环，电机作为发电中重要设备，能 否稳定运行至关重要。电机用电刷属于电机中传导电流的关键组件。其性能好坏制约着我 国电力产业的快速发展。
[0003] 电刷磨损严重在实际运行中是一个十分常见的问题。电刷与集电环的磨损是相对 物体运动的复杂物理现象。目前研究电刷磨损情况，基本采用的是试验现测法，对现有电厂 来说，如何减少试验次数、缩短时间和避免盲目性，同时得到一个最优结果已成为大家共同 面临的急需解决的技术难题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是紧紧围绕目前电厂中存在的电刷磨损严重这一问 题，发明一种电机用电刷运行最佳磨损量的测量方法。该方法通过实际工况数据，基于实验 室平台进行正交试验，能够快速得到电刷最优磨损量的相关因素水平值，并应用于实际工 程中，从而延长电刷使用寿命，提高电厂发电效率。
[0005] 本发明采用的技术方案：
[0006] -种电机用电刷最优磨损量的测量方法，该测量方法基于试验平台，并运用正交 试验法进行测量，步骤如下：
[0007] 电机用电刷运行最优磨损量的测量方法所用的试验平台包括机械装置、电气装置 和测量装置；机械装置用于固定电机用电刷，使其与集电环接触；电气装置将电流输送给 集电环和电机用电刷；测量装置将采集到的信号传输给上位机；机械装置包括刷握、集电 环、驱动轴和加压装置；刷握用于固定电机用电刷；加压装置采用可调力弹簧，位于刷握内 并施加恒力于电机用电刷；集电环通过驱动轴与电机连接，驱动电机带动集电环匀速旋转； 电气装置包括恒流源和滑动变阻器，恒流源输送恒定直流电，滑动变阻器用于保护各个装 置；测量装置包括采集信号装置和上位机；采集信号装置用于测量恒流源输出电流值、加 压装置施加压力值和集电环转速；由传感元件将信号采集变换成数字信号传给上位机；
[0008] 首先通过调节加压装置施加力、电机用电刷与集电环接触面积，改变电机用电刷 所受压强，加压装置施加力与接触面积的比值即为电机用电刷所受压强，调节电机用电刷 所受压强为4-8*10 4Pa ;其次，调节恒流源电流、电机用电刷与集电环接触面积，改变通过电 机用电刷电流密度；恒流源电流与接触面积的比值即为电机用电刷电流密度，调节电流密 度为8-12A/cm 3;再调节伺服电机转速在300-1000rpm ;选取肖氏硬度为20-50,摩擦系数在 〇. 3以下的电刷材质；
[0009] 电机用电刷磨损率为电机用电刷运行每千米的磨损体积，电机用电刷磨损体积即 为磨损前后电机用电刷质量差和密度的比值；
[0010] 根据正交试验法建立正交表，并运用试验平台，根据试验前后电机用电刷质量差 求得电机用电刷磨损率；根据正交表求得电机用电刷所受压强、电机用电刷电流密度、电机 转速和电刷材质四个因素的极差，通过极差判断影响电机用电刷磨损量大小，得出电刷最 优磨损值。
[0011] 本发明的有益效果是基于试验平台运用正交试验法测得电机用电刷最优磨损值， 确定电机用电刷最合适因素，方法简单易行，能够广泛应用于各电厂，大幅缩短试验时间， 提尚电厂效益。
【附图说明】
[0012] 图1碳刷磨损平台基本结构图。
[0013] 图2某电厂电刷磨损率与各因素关系图（磨损率为电机用电刷运行每千米的磨损 体积）。
[0014] 图中：1恒流源；2滑动变阻器；3刷握；4电机用电刷；5集电环；6驱动轴；7加压 装置；8采集信号装置。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和技术方案进一步说明本发明的具体方案。
[0016] 首先，针对某水电厂的实际工况中电机用电刷磨损做出针对性测量，搭建图1所 示的试验平台。分析每个因素的选取范围。具体因素水平值如表1所示。电机用电刷正交 试验记号记为L a (K)，其中a代表试验次数，b代表试验每个因素取多少次试验样本，c代表 试验因素。本次实验中，试验因素是A (电机用电刷所受压强）、B (电机转速）、C (电机用电 刷电流密度）、D(电刷材质）。选取L9(34)为正交试验表，进行电刷磨损的试验表，试验次 数为9次。
[0017] 表1正交试验设计表因素水平值
[0019] 测量结果如表2所示。
[0020] 表2电刷磨损率正交表
[0021]
[0023] 通过求得的磨损率，根据极差分析法，得出表3,表中Iq为水平1下电刷磨损率指 标之和，k2为水平2下电刷磨损率指标之和，k 3为水平3下电刷磨损率指标之和。k i。为水 平1下电刷磨损率的平均值，k2。为水平2下电刷磨损率的平均值，k 3。为水平3下电刷磨损 率的平均值。通过比较平均值中的极大值与极小值得出极差R。并通过表3绘制出图2。 图2得出在此时试验条件下，影响电刷磨损率因素依次是电刷材质、电刷所受压强、电机用 电刷电流密度和电机转速。通过表3和图2可以得出结论：在当前水平条件下，其最佳因素 水平是 A1B1C1D313
[0024] 表3极差分析表
[0026] 通过分析判断影响碳刷磨损率因素的显著性，得到减少电刷磨损量的最佳试验条 件，即压强在5. 5E+04附近，电流密度在8A/cm3,转速在800r/min，此时的电刷磨损率达到 最小。此方法比起传统的实时观测法，提供了一种新的思路，提高了试验效率，简化了试验 方法，延长电机用电刷使用寿命，最终提高电厂经济效益。
【主权项】
1. 一种电机用电刷最优磨损量的测量方法，其特征在于，该测量方法基于试验平台，并 运用正交试验法进行测量，步骤如下： 电机用电刷运行最优磨损量的测量方法所用的试验平台包括机械装置、电气装置和测 量装置；机械装置用于固定电机用电刷，使其与集电环接触；电气装置将电流输送给集电 环和电机用电刷；测量装置将采集到的信号传输给上位机；机械装置包括刷握、集电环、驱 动轴和加压装置；刷握用于固定电机用电刷；加压装置采用可调力弹簧，位于刷握内并施 加恒力于电机用电刷；集电环通过驱动轴与电机连接，驱动电机带动集电环匀速旋转；电 气装置包括恒流源和滑动变阻器，恒流源输送恒定直流电，滑动变阻器用于保护各个装置； 测量装置包括采集信号装置和上位机；采集信号装置用于测量恒流源输出电流值、加压装 置施加压力值和集电环转速；由传感元件将信号采集变换成数字信号传给上位机； 首先通过调节加压装置施加力、电机用电刷与集电环接触面积，改变电机用电刷所受 压强，加压装置施加力与接触面积的比值即为电机用电刷所受压强，调节电机用电刷所受 压强为4 - 8*104Pa;其次，调节恒流源电流、电机用电刷与集电环接触面积，改变通过电机 用电刷电流密度；恒流源电流与接触面积的比值即为电机用电刷电流密度，调节电流密度 为8 - 12A/cm3;再调节伺服电机转速在300 -lOOOrpm;选取肖氏硬度为20 - 50,摩擦系数 在〇. 3以下的电刷材质； 电机用电刷磨损率为电机用电刷运行每千米的磨损体积，电机用电刷磨损体积即为磨 损前后电机用电刷质量差和密度的比值； 根据正交试验法建立正交表，并运用试验平台，根据试验前后电机用电刷质量差求得 电机用电刷磨损率；根据正交表求得电机用电刷所受压强、电机用电刷电流密度、电机转速 和电刷材质四个因素的极差，通过极差判断影响电机用电刷磨损量大小，得出影响电机用 电刷最优磨损量的因素依次为电刷材质、电刷所受压强、电机用电刷电流密度和电机转速。
【专利摘要】本发明属于电气设备重要组件领域，提供了一种电机用电刷最优磨损量的测量方法。通过调节加压装置施加力、电机用电刷与集电环接触面积，改变电机用电刷所受压强，调节电机用电刷所受压强为4‐8*104Pa；其次，调节恒流源电流、电机用电刷与集电环接触面积，改变通过电机用电刷电流密度；调节电流密度为8‐12A/cm3；再调节伺服电机转速在300‐1000rpm；选取肖氏硬度为20‐50，摩擦系数在0.3以下的电刷材质；基于试验平台运用正交试验法测得电机用电刷最优磨损值，确定电机用电刷最合适因素，方法简单易行，能够广泛应用于各电厂，大幅缩短试验时间，提高电厂效益。
【IPC分类】G01R31/00
【公开号】CN105319464
【申请号】CN201510683270
【发明人】孙长海, 赵伟程, 史晓龙, 陈百通, 潘立刚, 李军, 吕鹏飞
【申请人】辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司, 大连理工大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年10月20日