碳刷

碳刷它的作用主要是对金属磨擦的同时导电，它不象金属对金属磨擦导电时一样；金属对金属磨擦导电时，磨擦力可能会增大，同时交接的地方可能会烧结在一起；而碳刷则不会，因为碳和金属是两种不同的元素。它的用途多半都用在电动机上，型状是多种多样的，有方的有圆的等等。

碳刷适用于各种电动机、发电机、轮轴机。具有较好的换向性能，使用寿命长。碳刷是用于电机的换向器或滑环上，作为导出导入电流的滑动接触体，它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的电机都使用碳刷，它是电机的重要组成部件。广泛适用于各种交直流发电机，同步电动机，电瓶直流电动机，吊车电机集电环，各型电焊机等等。 随着科学技术的发展，电机的种类和使用的工况条件越来越多样化

1.将外部电流(励磁电流)通过碳刷而加到转动的转子上(输入电流)；

2.将大轴上的静电荷经过碳刷引入大地(接地碳刷)(输出电流)；

3.将大轴(地)引至保护装置供转子接地保护及测量转子正负对地电压；

4.改变电流方向(在整流子电机中，电刷还起着换向作用)

除了感应式交流异步电动机没有外。其他的电机都有，只要转子有换向环的都有。

发电的原理，是磁场切割导线后，在导线产生电流。发电机是采用让磁场旋转的方法切割导线的。旋转磁场是转子，被切割的导线是定子。

为保障电机的正常运行，碳刷使用性能良好标志应该为：

电刷在电机里面

a 在换向器或集电环表面能较快形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜。

b 碳刷的使用寿命长，并不磨损换向器或集电环

c 碳刷具有良好的换向和集流性能，使火花抑制在允许的范围内，并且能量损耗小。

d 碳刷运行时，不过热，噪音小，装配可靠，不破损。

1.碳刷装入刷握内要保证能够上下自由移动，碳刷与刷握内壁的间隙在0.1-0.3毫米之间，以避免碳刷和刷握之中因间隙过大产生摆动。刷握下边缘距整流子表面的距离应该保持在2毫米左右。

2.在同一台电机上，原则上应该使用同一种型号的碳刷，但对于个别换向特别困难的大中型电机，可采用双子碳刷，其滑入边采用润滑性能好，滑出边采用抑止火花能力强的碳刷，从而使碳刷的运行得到改善。

3. 施于同一台电机各碳刷的单位压力应力求均匀，以免电流分配不均，导致个别碳刷产生过热和火花。碳刷的单位压力应按“碳刷技术性能表”来选择，对于转速较高的电机或在振动条件下工作的电机，应适当提高单位压力，一保证正常工作。打个比方：牵引机电机的碳刷单位压力为0.4-0.6kgf/cm2。国民经济持续的快速发展，扩大了本已严峻的供电需求缺口，新建机组、各行业的自备电源系统和自备发动机系统的置备和安装应用，如“雨后春笋”随处可见。而发电机励磁系统的碳刷运行与维护技术是传统技术，多年来工艺和技术水平无实质性突破。所以，各方对发电机励磁系统关注不够，投入有限，进而导致励磁系统碳刷事故。近一个时期的多期安全通报，连续通报了数起大型发电机组，因碳刷或转子集电环故障引发的停机事故，给企业造成较大经济损失。当导入导出电流的碳刷运行中发生故障时，如何判别故障类型与性质，以便尽快消除故障，保证设备稳定运行，是大家需要认真思考的。笔者结合多年的工作实践，谈谈电机碳刷的应用体会供读者参考，以期共同避免碳刷事故的发生。

1、从直观来看，电刷应当倒角得体、规格适当、结构规范、导线的截面和长度符合要求，没有松动、脱落、破损、掉边、掉角、卡箍等现象。

2、从使用来看，电刷使用性能良好的标志主要有以下几种情况：

（1）使用寿命长并不磨损换向器或集电环。

（2）具有良好的换向和集流性能，使火花抑制在允许的范围内，并且能量损耗小。

（3）电刷运行时，不过热，噪音小，不破损。

（4）运行过程中，能够在换向器或集电环表面较快地形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜。

3、通过仪器对电刷进行检测。从技术层面看，电刷应当符合国家部颁标准。通过仪器可对电刷按照《电刷技术性能表》所要求的性能进行检测。如电刷的电阻率、洛氏硬度、体积密度、电流密度、接触电压降、摩擦系数、50小时磨损、允许圆周速度、单位压力，甚至金属含量的大小等等。

4、在同一电机上，应选择使用同一型号、同一制造厂的电刷。由于不同制造厂生产的电刷性能差别很大，甚至同一制造厂在不同时间生产的电刷性能也有所差别。因而，针对同一电机来说，应尽量选择同一型号同一制造厂，最好是同一时间生产的电刷，以防止由于电刷性能上的差异造成并联电刷电流分布的不平衡，影响电机的正常运行。

5、对于个别换向特别困难的大中型电机，可选择采用分辫电刷。目的是以增加电刷内短路电流的方式来改善换向性能。对于单向旋转换向困难的电机，可选择采用组合电刷。即滑入边选择使用润滑性能好、成膜能力强的低电阻值石墨基电化石墨电刷，滑出边选择使用换向性能好的高电阻率的炭黑基电化石墨电刷。这样既易形成氧化膜，又对换向性能起到极大的改善作用。在滑出边也可采用碳纤维复合电刷，突出利用其灭弧能力强的特点，从而使电机的运行取得最佳效果。

1. 碳刷的引出线套有绝缘管的，应装在绝缘碳刷架内；引出线是裸铜线的，应装在搭铁碳刷架内。

2. 碳刷装入碳刷架上时，应注意曲面方向，装反会接触面过小，发电弱或不发电。

3. 碳刷在碳刷架内应能自由起落，如有发卡现象，应磨去多余部分。

4. 碳刷弹簧应压在碳刷正中，防止受力不均发生偏磨。

5. 碳刷与整流子的接触面积，应不小于全部接触面的3/4，碳刷不得有油污。

（1） 严禁两人同时工作；

（2） 工作时必须将衣服和袖口扣好，以免被转动部分绞伤；

（3） 工作时站在绝缘垫上；

（4） 严禁同时触摸两极或一极对地；

（5） 同一机组应使用同一型号碳刷；来源困难，可使用不同型号的碳刷（同一级仍然保证同一型号），但是必须事先征的领导同意；

（6） 在碳刷上部低于刷握或与刷握一样平时应立即更换。

当碳刷出现以下几种情况时应进行更换：1、磨损严重（不足原长的1/3）；2、损坏严重；3、碳刷与滑环接触面不足70%。

该类碳刷的主要材料是电解铜和石墨。根据使用需要有时也采用银粉（精密仪器上用的，非常贵）、铝粉、铅粉等其他金属，这些碳刷里面又有含黏结剂和不含黏结剂之分。这类碳刷既有石墨的摩擦特性又有金属的高导电性，因此，适用于高负荷和换向要求不高的低电压电机（如汽车启动马达等）。其圆周速度不超过30米/秒。

天然石墨是该类碳刷的主要原材料黏结剂采用沥青或树脂，经过烘焙或1000度烧结而成。这类电机有良好的润滑性能和集流性能。多数用于运行平稳的中小型直流电机和高速汽轮发电机集电环。

主要成分是碳黑、焦碳和石墨等各种碳素粉末材料组成，经2500度高温处理，使转化为微晶型人造石墨。这类碳刷具有优异的换向性和自润滑性能，广泛用于各类交直流电机不但寿命长，而且对换向器的磨损小。

一般启动时电流偏大，有火花，正常运行时没有火花。可从以下几点排除：

1.检查电刷长度是否太短，到达生命线,导致压力过小电刷接触不上滑环；

2.检查弹簧压指压力是否合适，如果偏小会导致跳刷放电；

3.检查滑环表面光洁度，如果太毛会增大电刷接触电阻导致火花大；

4.检查转子电气，保证电阻正常，匝间没有短路；

5.检查轴承是否油隙过大，导致转子转动时滑环上电刷跳动量大，检查滑环表面径向跳动量是否过大。电刷弹刷引发产生火花；

6.另外电刷是否和以前使用的一致，电刷对导电电流和摩擦速度有要求的。

防范措施：

1、每天都应对碳刷和滑环进行检查，主要检查项目有：

（1）碳刷的磨损长度不超过2/3。当碳刷的磨损长度超过2/3(即碳刷的顶部与刷握的顶部在同一平面)时，必须将其更换。

（2）碳刷无冒火花情况。碳刷刚开始打火花时，就要查找原因，及时消除。

（3）碳刷无偏移滑环外侧现象，碳刷的边缘无崩裂情况。

（4）碳刷刷辫与刷架和碳刷的连接良好，无发热及碰触刷握的情况。

（5）碳刷在刷握内无跳动、摇动或卡涩的情况。

（6）定期用直流钳型表测量各碳刷的电流分担均匀，用红外线测温仪测量碳刷有无过热现象，如有异常应及时更换。

（7）弹簧压力正常，无变形和断裂现象。正常时各碳刷所受压力应均匀稳定，其单位压力通常在1．1kg～2．5kg之间，各碳刷之间的不均压力差应在5%以内。

（8）刷握与滑环的距离符合规定值。发电机刷握与滑环的距离：2.5～3 mm，主励刷握与滑环的距离：2～4 mm。

火花等级

火 花 性 质

决 定 机 组 能 否 运 行

0

无 火 花

正 常 运 行

1

约1/4的碳刷其小部分发生微弱火化点

对碳刷连续工作没有任何损害，故认为实际无火花换向，允许其存在

2

约有半数的碳刷发生细微火花

3

全部或大部分发生火花

连续工作时在滑环上呈现黑色痕迹

4

全部碳刷都发生相当大的火花，不允许运行

不 允 许 运 行

火花产生的原因和排除的方法

1.导致原因 处理方法

a　附加极调整不良－－－－－－－－－－用分流或调整附加极气隙，或改换碳刷型号。

b　云母突出－－－－－－－－－－－－－下刻云母或使用磨蚀性较大的碳刷

c　换向器升高片连接处断开－－－－－－ 重新焊接

d　碳刷位置不正确－－－－－－－－－－ 调整刷握至正确位置

e　刷握的间距或排列不匀－－－－－－－ 纠正刷握的间距和排列

f　换向器或集电环偏心－－－－－－－－－最好在额定转速下车削或重新研磨

g　换向器松动，换向片有高低－－－－－－ 紧固一下，车削或重新研磨

h　换向片有油污－－－－－－－－－－－－ 清扫换向片和密封轴承

i　碳刷粘附或滞留在刷握里－－－－－－－－检查碳刷尺寸是否正确，清扫碳刷和刷握除去任何毛刺

j　碳刷磨合不佳－－－－－－－－－－－－－磨合碳刷

k　碳刷型号不适合电机

2.关于碳刷的颤震原因 处理方法

a 换向片或云母突出－－－－－－－－－－－紧固换向器，下刻云母

b 刷握离开换向器或离集电环太远－－－－－调整刷握至换向器的距离为2毫米

c 换向器或集电环椭圆－－－－－－－－－－车削或重新研磨换向器或集电环

d 刷握安装松动－－－－－－－－－－－－－安装紧固片

e 碳刷在刷握内太松－－－－－－－－－－－如果刷握磨耗，需更换新的

f 碳刷型号不合适

3.关于碳刷磨损不均匀的问题故障 处理方法

a. 电机过载－－－－－－－－－－－－－－－ 降低和限制电机负荷

b. 换向器或集电环上有油污－－－－－－－－清扫换向器或集电环

c. 碳刷和刷杆间的电阻不均等－－－－－－－清扫和紧固连接处

a.滑环表面的光洁度。滑环表面光洁度越高，其摩擦系数越小，碳刷的磨损率就越低；

b.碳刷材质的影响。不同厂家、不同型号的碳刷的成分构造不同，磨损率也不同。选择同一种碳刷可以减少碳刷自身磨损率的不均衡，因此在更换碳刷时要选择相同牌号的碳刷；

c.弹簧压力的影响。弹簧压力过大，会造成碳刷的机械磨损增大；同时弹簧压力过小，虽然碳刷与滑环间摩擦小了，但接触不良容易产生火花，同样不可取；

d.电流的影响。一般，对于石墨碳刷，正极碳刷流过的电流要比负极碳刷流过的电流要大，因而正极碳刷磨损要比负极碳刷磨损大，且正极滑环的磨损要多于负极滑环。

a.因流过碳刷的电流过大引起；

b.因碳刷卡涩，间断与滑环接触引起。

a.励磁系统过负荷；

b.碳刷与滑环接触面较小；

c.碳刷自身的质量问题。

a.碳刷温度高；

b.碳刷未打磨好；

c.机组振动大，并且碳刷在刷握内有卡涩现象；

d.碳刷质量差。

a.因碳刷有破裂细块掉在刷握中；

1.为保障电机的正常运行，正确选择碳刷型号是十分重要的，由于制造碳刷时所选用的原材料和工艺不同，其技术性能也有差异。因此在选择碳刷时，应该综合考虑碳刷的性能和电机对碳刷的要求。碳刷下边缘距整流子表面的距离应该保持在2毫米左右。如距离过小，刷握容易触伤换向器，距离过大，碳刷易颤动而导致破损。

2.碳刷使用性能良好标志应该为：

b 碳刷的使用寿命长，并不磨损换向器或集电环

d 碳刷运行时，不过热，噪音小，装配可靠，不破损。

3.碳刷磨损到一定程度要更换新的碳刷，碳刷最好一次全部更换，如果新旧混用，可能会出现电流分布不均匀的现象。对于大型机组，停机更换碳刷，势必影响生产，可以选择不停机，我们通常建议客户的做法是每次更换20%的碳刷（即每台电机的每个刷杆的20%），每次间隔时间为1-2周，待磨合再逐步更换其余碳刷，以保证机组的正常连续运行。

4.在同一台电机上，原则上应该使用同一种型号的碳刷，但对于个别换向特别困难的大中型电机，可采用双子碳刷，其滑入边采用润滑性能好，滑出边采用抑止火花能力强的碳刷，从而使碳刷的运行得到改善。

5.施于同一台电机各碳刷的单位压力应力求均匀，以免电流分配不均，导致个别碳刷产生过热和火花。碳刷的单位压力应按“碳刷技术性能表”来选择，对于转速较高的电机或在振动条件下工作的电机，应适当提高单位压力，一保证正常工作。打个比方：牵引机电机的碳刷单位压力为0.4-0.6kgf/cm2。

6. 为了使碳刷与换向器接触良好，新碳刷应该进行磨弧度，磨弧度一般在电机上进行。在碳刷与换向器之间放置一件细玻璃砂纸，在正常的弹簧压力下，沿电机旋转方向研磨碳刷，砂纸应该尽量粘紧换向器，直至碳刷弧面吻合，然后取下砂纸，用压缩空气吹净粉尘，再用软布擦拭干净。研磨碳刷不宜采用金刚砂纸，以防金刚砂颗粒嵌入换向器槽内，在电机运行时，擦伤碳刷和换向器表面。磨弧后，电机先20-30%以负荷运转数小时，使碳刷和换向器磨合，并建立均匀的氧化薄膜。再逐步提高电流至额定负荷。

通常碳刷单位压力过高，是碳刷的磨损加剧，单位压力过小，接触不稳定，容易出现机械火花。

关于碳刷型号的选择，对整个电机的运行稳定起很关键的作用

固定式直流电机

平云母：

工业规格——————————————D308D374LD214

分马力———————————————D308D374LD214

下刻云母：

无附加极——————————————D214D308D374b

有附加极：

小型——10千瓦以下———————－－D104D214D172

中型——小于500千瓦：

速度低于18米/秒———————－－－D172D214

速度大于18米/秒———————－－－D172D374n

大型——大于500千瓦

速度低于18米/秒———————－－－D214D374b

速度低于18米/秒—————－－－——D374bD374nD376n

特殊工作条件

长期低负荷运行———————————D172nmD214

负荷波动严重————————————D374bD376n

轧钢电动机—————————————D374bD214

轧钢发电机—————————————D374nD376n

电化学生产—————————————D308D214

高速励磁机—————————————D312D374bD374nD376n

旋转放大器和正交磁场电机——————D308D252

旋转和电动变流机——————————D372D214D374n

1.为保障电机的正常运行，正确选择电刷型号是十分重要的，由于制造电刷时所选用的原材料和工艺不同，其技术性能也有差异。因此在选择电刷时，应该综合考虑电刷的性能和电机对电刷的要求。

电刷使用性能良好标志应该为：

b 电刷的使用寿命长，并不磨损换向器或集电环

c 电刷具有良好的换向和集流性能，使火花抑制在允许的范围内，并且能量损耗小。

d 电刷运行时，不过热，噪音小，装配可靠，不破损。

2.电刷装入刷握内要保证能够上下自由移动，电刷与刷握内壁的间隙在0.1-0.3毫米之间，以避免电刷和刷握之中因间隙过大产生摆动。刷握下边缘距整流子表面的距离应该保持在2毫米左右。如距离过小，刷握容易触伤换向器，距离过大，电刷易颤动而导致破损。

3.在同一台电机上，原则上应该使用同一种型号的电刷，但对于个别换向特别困难的大中型电机，可采用双子电刷，其滑入边采用润滑性能好，滑出边采用抑止火花能力强的电刷，从而使电刷的运行得到改善。

4.电刷磨损到一定程度要更换新的电刷，电刷最好一次全部更换，如果新旧混用，可能会出现电流分布不均匀的现象。对于大型机组，停机更换电刷，势必影响生产，可以选择不停机，我们通常建议客户的做法是每次更换20%的电刷（即每台电机的每个刷杆的20%），每次间隔时间为1-2周，待磨合再逐步更换其余电刷，以保证机组的正常连续运行。

5. 为了使电刷与换向器接触良好，新电刷应该进行磨弧度，磨弧度一般在电机上进行。在电刷与换向器之间放置一件细玻璃砂纸，在正常的弹簧压力下，沿电机旋转方向研磨电刷，砂纸应该尽量粘紧换向器，直至电刷弧面吻合，然后取下砂纸，用压缩空气吹净粉尘，再用软布擦拭干净。研磨电刷不宜采用金刚砂纸，以防金刚砂颗粒嵌入换向器槽内，在电机运行时，擦伤电刷和换向器表面。磨弧后，电机先20-30%以负荷运转数小时，使电刷和换向器磨合，并建立均匀的氧化薄膜。再逐步提高电流至额定负荷。

6. 施于同一台电机各电刷的单位压力应力求均匀，以免电流分配不均，导致个别电刷产生过热和火花。电刷的单位压力应按“电刷技术性能表”来选择

碳刷在运行过程中，应进行及时的维护。常会维护不好而造成事故，甚至停机停产。反之，加强对集电装置部分的维护，能及早发现问题和解决问题，可以免除很多事故的发生。带有换向器的电机，由于碳刷不但起传导电流的作用，而且还起换向作用，因而其监护工作量要大得多。经常和仔细观察换向火花的状态和特征是非常重要的。直流电机换向火花的大小和状态，是影响换向诸因素综合作用的反映，是电机运行情况好坏的主要标志。因而仔细观察火花的产生及其变化规律，是分析火花产生的原因和采取措施来消除火花的根据。

电机运行时所产生火花的形态，通常分为点状火花（很微弱且不连续）；粒状火花（较点状火花大，亮度也较点状火花强）；火球状火花（在碳刷滑出边上停留或浮动的红色或白色的明亮球状火花）；火舌状火花（在碳刷滑出时，火花拖长，有短火苗，一般为红色）；爆鸣状火花（火花明亮，有较大的放电声响）；飞溅状火花（火舌拖出较长，有火星飞越现象）；环火状火花（碳刷滑出边火花拖长并附在换向器表面形成环火，严重时形成正负刷架间的弧光短路）。