電機碳刷

在電機中的作用就是改變電流方向分直流電機和交流電機，直流電機是來改變轉子的導電線圈，從而改變轉子磁極，進而改變電機的運動。碳刷是用於電機的換向器或滑環上，作為導出導入電流的滑動接觸體，它的導電，導熱以及潤滑性能良好，並具有一定的機械強度和換向性火花的本能。幾乎所有的有刷電機都使用碳刷，它是有刷電機的重要組成部件。

廣泛適用於各種交直流發電機，同步電動機，電瓶直流電動機，吊車電機集電環，各型電焊機等等。 具有較好的換向性能，使用壽命長。

隨着科學技術的發展，電機的種類和使用的工況條件越來越多樣化，因而需要有各種不同品級的電刷來滿足這些要求，故電刷的種類也隨着電機工業的發展而越來越多 ^[1]  。

1.將外部電流(勵磁電流)通過碳刷而加到轉動的轉子上(輸入電流)；

2.將大軸上的靜電荷經過碳刷引入大地(接地碳刷)(輸出電流)；

3.改變電流方向(在整流子電機中，電刷還起着換向作用)；

4.將大軸(地)引至保護裝置供轉子接地保護及測量轉子正負對地電壓。

換向器由電刷和換向環組成，碳刷就是電刷的一種。由於轉子的轉動，電刷始終與換向環進行摩擦，且在換向的瞬間還會產生電火花灼蝕，所以電刷是直流電機裏的易損件。 為了提高直流電機的使用壽命、運轉穩定性以及降低直流電機的噪聲和電磁干擾，無刷直流電機有逐步取代有刷電機的趨勢。 一般交流電機不用恆磁場，所以用不着換向器，也就無須電刷；但交流電機的體積一般都比較大。家用電器使用的電機一般都是交流電機，如電扇、洗衣機、冰箱、空調等都沒有碳刷，但也有使用直流電機的，如許多的電動剃鬚刀、廚房小電器、電動自行車等都有碳刷，就是直流電動機（不包括無刷的）都有。使用乾電池的電機都是直流電機 ^[1]  。

按電機碳刷的使用對象可分為：汽輪發電機用電刷，軋鋼電機用電刷，牽引電機用電刷，交流電機用電刷，飛機電機用電刷。

有兩種可能：一是電刷接觸不好，安裝不正確；二是轉子短路。通常電刷單位壓力過高，使電刷的磨損加劇，單位壓力過小，接觸不穩定，容易出現機械火花。

電刷的火花產生的原因和排除的方法：

導致原因 處理方法

a 附加極調整不良－－－－－－－－－－用分流或調整附加極氣隙，或改換電刷型號。

b 雲母突出－－－－－－－－－－－－－下刻雲母或使用磨蝕性較大的電刷

c 換向器升高片連接處斷開－－－－－－ 重新焊接

d 電刷位置不正確－－－－－－－－－－ 調整刷握至正確位置

e 刷握的間距或排列不勻－－－－－－－ 糾正刷握的間距和排列

f 換向器或集電環偏心－－－－－－－－－最好在額定轉速下車削或重新研磨

g 換向器鬆動，換向片有高低－－－－－－ 緊固一下，車削或重新研磨

h 換向片有油污－－－－－－－－－－－－ 清掃換向片和密封軸承

i 電刷粘附或滯留在刷握裏－－－－－－－－檢查電刷尺寸是否正確，清掃電刷和刷握除去任何毛刺

j 電刷磨合不佳－－－－－－－－－－－－－磨合電刷

k 電刷型號不適合電機

在電動機上使用的繞線式碳刷經常會出現冒火花這種情況，在電動機上的繞線式碳刷為什麼會冒火花：

在使用繞線式電動機碳刷的時候，由於在長期的運行之中，不斷的對碳刷進行磨損，發生接觸面不平、碳刷的壓力不夠或者是集電環不圓以及軸承上有油滴或其它的雜物落到集電環和碳刷之間等等多種情況，都會造成碳刷冒出火花。

如何消除碳刷冒火花的小方法：我們可以使用細砂紙將碳刷和集電環的接觸面打磨的光滑一些，或者對碳刷的壓力進行適當的調整，並檢查集電環是否圓，還應該使用乾淨的棉紗，在上面稍微的蘸上一點的汽油將集電環和碳刷擦拭乾淨，從而消除軸承和碳刷上面的油污，做好集電環和碳刷的防護措施，都可以有效的減少繞線式電機碳刷發生冒火花的幾率 ^[2]  。

碳刷在刷盒中上下滑動是否靈活，彈簧壓力是否均勻。並根據觀察情況，採取相應措施以保證電機的正常運行。關於碳刷使用維護和採取措施是一個複雜問題，現就有關普遍存在的共性問題綜述如下：

(1)經常檢查電機在運行期間由於發熱或振動等現象引起刷杆上的螺絲鬆動。

(2)碳刷固定在最適宜的位置（即中性線上）不能任意將刷架前後移動。

(3)檢查碳刷的活動情況，碳刷在刷盒內上下活動是否自由，有無卡阻現象。

(4)檢查碳刷的壓力，碳刷所受彈簧壓力是保證電刷穩定工作和各種碳刷之間均勻傳導電流的重要因素。

(5)檢查碳刷的磨損程度，尤其是換向器下部不易看見的地方。當碳刷磨損到極限位置時，就應更換碳刷，碳刷使用的剩餘高度以碳刷壽命線為準。

(6)檢查碳刷的附件，刷握壓指和電刷頂部的壓板是否有斷裂現象，碳刷是否有脱辮的現象，導線是否有燒斷的現象及氧化程度，經常檢查碳刷刷握、集電環或換向器的温度變化情況。

一般啓動時電流偏大，有火花，正常運行時沒有火花。可從以下幾點排除：

1.檢查電刷長度是否太短，到達生命線,導致壓力過小電刷接觸不上滑環；

2.檢查彈簧壓指壓力是否合適，如果偏小會導致跳刷放電；

3.檢查滑環表面光潔度，如果太毛會增大電刷接觸電阻導致火花大；

4.檢查轉子電氣，保證電阻正常，匝間沒有短路；

5.檢查軸承是否油隙過大，導致轉子轉動時滑環上電刷跳動量大，檢查滑環表面徑向跳動量是否過大。電刷彈刷引發產生火花；

6.另外電刷是否和以前使用的一致，電刷對導電電流和摩擦速度有要求的。

每天都應對碳刷和滑環進行檢查，主要檢查項目有：

（1）碳刷的磨損長度不超過2/3。當碳刷的磨損長度超過2/3(即碳刷的頂部與刷握的頂部在同一平面)時，必須將其更換。

（2）碳刷無冒火花情況。碳刷剛開始打火花時，就要查找原因，及時消除。

（3）碳刷無偏移滑環外側現象，碳刷的邊緣無崩裂情況。

（4）碳刷刷辮與刷架和碳刷的連接良好，無發熱及碰觸刷握的情況。

（5）碳刷在刷握內無跳動、搖動或卡澀的情況。

（6）定期用直流鉗型表測量各碳刷的電流分擔均勻，用紅外線測温儀測量碳刷有無過熱現象，如有異常應及時更換。

（7）彈簧壓力正常，無變形和斷裂現象。正常時各碳刷所受壓力應均勻穩定，其單位壓力通常在1.1kg～2.5kg之間，各碳刷之間的不均壓力差應在5%以內。

（8）刷握與滑環的距離符合規定值。發電機刷握與滑環的距離：2.5～3 mm，主勵刷握與滑環的距離：2～4 mm。

（9）滑環表面應無變色、過熱及磨損不均現象，滑環表面温度應不大於120℃。

（10）刷握和刷架上有無積垢。若積垢較多，應用刷子掃除或用壓縮空氣吹掃。 碳刷火花性質、等級及調整方法 ^[3]  。

電機的碳刷主要是提供勵磁電源然後傳送給轉子。電機的轉子相當於一個旋轉的磁鐵。如果電刷磨損非常嚴重，勵磁電流就不能到達轉子，就沒有旋轉磁場，因此就不能正常運作。 大型電機勵磁系統在運行過程中，集電環裝置的故障率是比較高的，輕者減負荷運行，重者可能會損壞設備。其原因是電刷與集電環的機械磨擦和大電流都要產生很多熱量，同時集電環裝置受到軸系條件及冷卻方式的限制，冷卻條件相對較差。在集電環裝置上的熱量相對集中，温度相對較高。 

電刷與換向器是配合關係，電刷通過換向器到達轉子，電刷是固定在定子這邊的，換向器跟轉子連在一起，集電環的材質要求機械強度大，並是電的良導體，還要具有高度的耐腐蝕性，在與電刷滑動接觸時，還必須具備耐磨性和穩定的滑動接觸等特性。集電環要求耐腐蝕性時，可以使用不鏽鋼材質，但不鏽鋼的滑動特性效果不穩定，與電刷組合會不合適，往往使電刷產生跳動，容易造成電刷温升過高或設備異常磨損，所以使用時必須倍加註意 ^[1]  。