电刷出现的问题及提出合理化解决方案

电刷出现的问题及提出合理化解决方案

1.问：一般直流电机用石墨电刷，而交流电机的集电环多用铜石墨电刷，何故？

答：石墨电刷的电阻系数较大，允许的电流密度较小，接触电阻也较大，它虽然要增加损耗和需要的电刷截面，但由于电阻系数较高，使换向过程中被它短路的元件中的电流较小，能改善换向情况，因此适用于一般电机。铜石墨电刷的电阻系数小，允许的电流密度大，接触电压降小，用于一般直流电机，则使换向情况恶化，但用于交流的集电环上，则可降低损耗和减小截面（铜石墨但刷也常用于低电压、大电流的直流电机中）。

2.问：直流电机是否电刷接触压降越小越好？为什么？

答：不是。电机接触压降越小，对直流电机换向越不利，因换向时电刷要短路绕组元件，从而引起附加短路电流，电刷接触压降越小，附加短路电流越大，换向火花越大。因此，从换向角度来看，电刷接触压降适当大些，对换向有好处。但电刷接触压降偏大，电损耗增加，电刷磨损也较快。故选择电刷时，应根据电机情况进行综合考虑，譬如换向困难的电机就应选择接触压降大的电刷。

3.问：在电机的集电环的换向器表面上，为什么总是用电刷来输入或输出电能，而不用其它软金属？

答：当采用软金属时，如遇到集电环和换向器表面上出现火花，将会使之烧结。采用电刷，既不是很快磨损集电环或换向器表面，又不会有火花时发生烧结。

4.问：交流电机和之；度微电机的电刷是否可以混用？为什么？

答：为了减少换向器上换向时产生的火花，支流电机一般选用天然石墨粉烧结制成的S 系列石墨电刷，其电阻率较大，又利于改善换向性能。而较交流同不电动机及绕线转子异步电动机的集电环，一般选用由铜粉和石墨粉制成的金属石墨电刷。其金属含量达70%以上，故电阻率低，允许通过的电流密度较大。添加少量石墨，是为了降低硬度，改善润滑特性。因此，交、直流电机的电刷品种不可混用。

另外，金属石墨电刷的成分配比也有多种，以适用不同电机的性能要求。为了保证电机运行性能，应采用原设计的电刷型号，不要任意更换，若条件限制，也应尽量采用同一牌号电刷，并在试运行过程中加以关注。若随意选用或混用，极易损坏电机的换向器（或集电环）与电刷。

5.问：有的电刷的一端表面为什么度有铜？

答：为了减少导线与刷体间的过渡电阻，因而在有些电刷总高度1/3的部分上，镀一层约0.02~0.04mm的铜。这样，就可减少电刷压降，同时可防止电刷过热。

6.问：支流电机的电刷接触电阻，为什么会出现动态接触电阻反而比静态接触电阻小的现象？

答：原因有三。一是电机静止不动时，换向器表面容易产生氧化膜。当电机高速旋转后，由于电刷摩擦，氧化膜被破坏，所以动态接触电阻反而比静态接触电阻小。二是换向器与电刷之间的接触膜，随电流密度的增加会产生崩溃现象，也是动态接触电阻比静态接触电阻小的原因。三是碳为负温度系数，随着工作发热，电刷自身的电阻反而变小。

7.问：永磁直流力矩电动机电刷，为什么要采用银石墨电刷？

答：力矩电动机的特点是以输出力矩为主，常在低转速、大力矩的负载状态下运行，或工作于堵转转态。对于有刷永磁直流力矩电动机，一般额定电压降不能太大，同时用于换向片的片数一般都较多。而且尺寸窄小，因此电刷要承受较大的电流密度。银石墨电刷的电阻系数小、接触电压降低、使用单位压力小、允许电流默读大的优点恰能符合上述要求。银石墨电刷虽有容许圆周速度低的不足之处，但也能适应力矩电动机低速运行的工作状态。在维修更换直流力矩电动机的电刷时，应注意不能随意采用其它材料的石墨电刷代换。

8.问：有些电机的换向器或集电环上为什么刻有螺纹槽？

答：电刷与不刻螺纹槽的换向器或集电环接触时一般仅有5-7个接触点，当刻有螺纹槽后，接触点的数量增加10~15倍。这样能使换向良好，减少火花；又因为螺纹的存在，可增加电刷和换向器的冷却表面。

9.问：换向器表面氧化膜对电刷接触有害吗？为什么?

答：无害，而且有好处（1）能增加电刷接触电阻，减少换向器电流，故可减少换向火花，对换向有好处；（2）能见效电刷与换向器建的摩擦因数，还能思副空气和氧气，对滑动接触起润滑作用，延长电刷寿命；（3）氧化膜硬度较大，增加了换向器表面的耐磨性。因此，为了保证换向性能良好，在维护中要注意保护氧化膜层。

10.问：直流电机换向器的片间为什么要用云母做绝缘体？

答：因为：（1）换向器是常受电刷导电和摩擦的，温度高，要求绝缘材料在高温下不变形，且耐热性能好；（2）换向器是压制成形的，要求绝缘材料热膨胀小，在冷热变化时，换向器不松动。若受热后膨胀变形大，在电机运行时就会“跳摆”（3）换向器要有耐火花且不碳化的性能（4）绝缘性能稳定，不易吸潮；（5）机械性能好，坚硬耐磨，且容易加工。由于云母能满足这些要求，所以适宜于选做换向器的片间绝缘。

11.问：换向器上的云母为什么要比铜片低些？

答：换向片的损蚀一方面是由于机械摩擦，另一方面是由于电火花的侵蚀。如果云母和铜片一般高，那么铜的损失将比云母快，造成高云母现象，会严重的影响换向。所以，平常把云母削低一些，铜损蚀之后再削割区。

12.问：直流电机换向器上的铜片为什么比云母片腐蚀得快？

答：直流电机的电流主要是经换向器和电刷之间所产生的很多微细电弧而通过的，因此，与其说铜片是被电刷磨损的，不如说铜片是由于这些电弧作用而腐蚀，因此比云母片损耗的快。事实上即使我们使用较硬的电刷，并不能消除云母片高出铜片的弊病。

13.问：直流电机的电刷，在空载时磨损快还是在轻载时磨损快？

答：换向器表面上有一层氧化铜薄膜降低了电刷与换向器间的摩擦因素，因而能减低电刷的磨损。空载时这一层氧化膜在受到摩擦和热的还原作用破坏之后，不能立即完全再度形成。而在轻载时，电流流经换向器表面，在电刷下面形成的局部瞬时发热现象，使被破坏的氧化膜又立即再度形成，所以轻载时电刷的磨损反较空载时小。

14.问：直流电机在急剧加速、减速或倒转、顺转时，为什么换向器上会产生较大的火花？

答：当直流电机在急剧加速、减速或倒转、顺转时，电区电流就因负荷变化而发生剧变。这是在换向极铁心及机座内产生涡流，从而使换向极磁通不能及时随电区电流变化，因此换向元件里的电抗电势不能抵消，在换向器上就产生较大的火花。这种火花会灼伤电刷及换向器表面，甚至造成事故。

15.问：电机周围环境对换向器上火花大小及电刷磨损有什么影响？

答：正常运转的换向器表面上有棕色的光泽层。这是一层氧化铜，使电刷与换向器间接触电阻加大，电刷下的短路电流减少，从而改善换向情况。如果遇到下列3种情况，会使向火花增大并使电刷及换向器磨损加剧：（1）周围空气中没有足够的氧，氧化膜不易形成，接触电阻减少，增加时的火花；（2）在潮湿空气中，电刷和换向器表面间有一层湿膜，使接触电阻减小，换向困难；（3）空气中有腐蚀性气体或灰砂，能破坏氧化膜，使换向困难，磨损就加剧。

16.问：如果发现换向器的电刷与换向器间的摩擦损耗太大，可否在换向器表面上涂一点润滑油以减少摩擦？

答：在换向器表面上千万不可涂润滑油，因为润滑油要使碳粉和灰尘8附在换向器上，并把它堆积在换向片间的各槽中，碳粉是导电的，因此会使换向片间相互短路形成环火，换向器很快就损坏了。如果换向器上沾有油脂应该用汽油洗净才对。

17.问：如果将有换向器的电机放在真空中运行，可以吗？

答：不可以，有换向器的电机如放在真空中运行，换向器很快就会损毁，这是因为换向器表面有一层很薄的氧化铜薄膜，它有较高的电阻，可以限制换向电流，减少火花。在真空中因缺乏氧气，氧化铜薄膜磨损后，新的薄膜无法形成，因此换向器使发生严重火花，换向器很快毁坏。

18.问：不论直流电动机或发电机，当换上新电刷（新电刷和旧电刷一样）时，往往也会发出响声和刷火，为什么？

答：这新电刷与刷盒之间的配合不如旧电刷好，所以摩擦力较大，当换向器有高低不平时，电刷不能紧贴着换向器，在刷盒内作上下滑动。同时，在研磨新电刷与换向器的接触弧面时，一般不可能磨得很好，使电刷与换向器之间接触不够紧密，所以，在运行时会产生响声和火花。经过一段时间的空载或轻载试运转以后，上诉情况会消除，运行既趋正常。

19.问：有些发电机转子集电环表面上为什么要开一道螺旋槽沟？