直流电机碳刷接触面大小对电机的影响

5总结
一般，换向器越长越好，但是换向器加长就会增 加转子的长度，因此电机的长度也得增加，并且增加 制作成本。为了增加碳刷与换向器之间的接触面积， 只能将碳刷加宽，但加宽不是无限制的。本文通过一 个四极单叠绕组直流电机来说明碳刷宽度的增加对 电机整体性能的影响。为直流电机的设计和制造提 供一定的理论依据，也为电机检修单位在没有原装 碳刷情况下采用替代碳刷提供一个参考。 参考文献：
法，降低了投资成本，提高了系统供电可靠性，使得 设计工作科学而量化，从而为新时期从事露天矿供 电系统设计的工程技术人员提供参考与借鉴。 参考文献：
［1］张平宽.露天采掘场的供配电系统设计［J］.露天采矿技 术，2005，（6）.
［2］邹友明.现代供电技术［M］.中国电力出版社，2008.
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露天采矿技术 2011 年第 5 期
机电与自动化
直流电机碳刷接触面大小对电机的影响
张彪
（神华准格尔能源有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）
摘 要：为了能够说明直流电机碳刷接触面大小在电机运行时对电机的影响，本文先简单介绍纵向增加
接触面的缺陷，然后详细分析电机绕组内部结构，说明横向增加接触面后电机在运行时出现的问题，为直流
4 横向增加碳刷接触面积对电机的影响
15# 换向片接触，电枢的负极分别与 7# 换向片、8# 换 向片、9# 换向片、10# 换向片和 17# 换向片、18# 换向 片、19# 换向片、20# 换向片接触。此时由于每个碳刷 分别接触相邻的 4 个换向片，而对于换向器节距为 1 个换向片的绕组而言既将首尾分别与 2# 和 3#、3# 和 4# 、4# 和 5#，7# 和 8#、8# 和 9#、9# 和 10#，12# 和 13#、 13# 和 14#、14# 和 15#，17# 和 18#、18# 和 19#、19# 和 20# 相连的绕组短接，也将 1# 绕组、2# 绕组、3# 绕组、6# 绕组、7# 绕组、8# 绕组、11# 绕组、12# 绕组、13# 绕组、 16# 绕组、17# 绕组、18# 绕组分别短接。虽然 2# 绕组、 7# 绕组、12# 绕组、17# 绕组此时正好处于直流电机励 磁磁场互换的位置，但是其他短接的绕组此时均为 电机的有效绕组，也就是这些绕组的有效边本应该 受力而被短接后成为无效绕组，使得直流电机此时 的转矩降低，并且也相应的增加电枢电流，增大其他 绕组中的电流而损坏电机。
［1］方荣惠，邓先明.电机原理及拖动基础［M］.北京：中国矿 业大学出版社，2004.
［2］顾绳谷.电机原理及拖动基础（上、下册）［M］.北京：机械 工业出版社，1997.
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（上接第 93 页）
随着我国露天矿规模的不断扩大，露天矿采场 的供配电系统必将得到进一步的发展和完善。根据 当前矿山主要采用的供配电方式，进行供配电方式 的选择合理，对于新投产矿山或即将扩建矿山意义 重大。而当前新技术、高容量、大型化设备的大量投 入运行，采用上述露天矿供电系统的设计步骤和方
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在直流电机运行时的某一个时间点对其转子中 的电流状态进行分析。如图，电枢正极碳刷分别与 3# 换向片、4# 换向片和 13# 换向片、14# 换向片接触，电 枢的负极分别与 8# 换向片、9# 换向片和 18# 换向片、 19# 换向片接触。此时由于每个碳刷分别接触相邻的 两个换向片，而对于换向器节距为 1 个换向片的绕 组而言既将首尾分别与 3# 和 4# 、8# 和 9# 、13# 和14#、 18# 和 19# 相连的绕组短接，也是将 2# 绕组、7# 绕组、 12# 绕组、17# 绕组分别短接。而 2# 绕组、7# 绕组、12# 绕组、17# 绕组此时正好处于直流电机励磁磁场互换 的位置，也就是说忽略其他因数此时磁场和为 0，因 此无论是否将此 4 组绕组短接也不会对电机整体性 能产生任何影响。
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图 2 碳刷大于两个换向片宽度时的 电机运行转子绕组电流情况
图 2 是碳刷大于两个换向片宽度时的电机运行 转子绕组的电流情况。也是在直流电机运行时的某 一个时间点对其转子中的电流状态进行分析。如图， 电枢正极碳刷分别与 2# 换向片、3# 换向片、4# 换向 片、5# 换向片和 12# 换向片、13# 换 向片、14# 换向片
电机设计和制造提供理论依据，也为电机检修单位在没有原装碳刷情况下采用替代碳刷提供参考。
关键词：直流电机；碳刷；接触面；影响
中图分类号：TD 611+.4
文献标识码：B
文章编号：1671 - 9816（2011）05 - 0094 - 02
1引言
加，因此纵向增加换向器的长度是不可取的。
直 流 电 机 在 运 行 中 非 常 容 易 发 生 环 火 故 障 ，导 致还火故障的原因有很多Βιβλιοθήκη Baidu例如换向不及时、碳刷安 装不到位、碳刷选择不合适等等。通过不断的理论分 析和现场运行，最后找到很多改善电机换向的方法。 例如安装换向极，安装补偿绕组，将直流电机的碳刷 所处的几何中心线调节到物理中心线附近，安装导 电更强的紫铜-石墨碳刷等等一系列措施。在碳刷 选择方面，除了在经济条件允许的范围内选择导电 能力更强的碳刷之外，实际上如何保证电机运行时 不出现环火或者尽量降低环火故障，合理选择直流 电机的碳刷与换向器的接触面积也是在电机设计和 制造中的一个关键问题。
收稿日期：2011-06-06 作者简介：张 彪（1982－），男，湖北荆门人，助理工程师， 2006 年毕业于中国矿业大学电气工程及自动化专业，2006 年 至今在内蒙古神华准格尔能源有限公司设备维修中心工作。
图 1 碳刷小于两个换向片宽度时的 电机运行转子绕组电流情况
图 1 中为碳刷小于两个换向片宽度时的电机运 行转子绕组的电流情况。图中 A、B、C、D 为电机的 4 极，黑色箭头表示直流电机运行时转子绕组中的电 流方向。为了叙述方便，绕组中标示的序号代表实线 标注的绕组，换向器上的编号为换向片序号。
一般，直流电机碳刷尺寸越大越好，因为能增加 碳刷与换向器的接触面积，减小接触电阻，使电流能 更好的输入和输出电枢绕组，进而减少环火故障的 发生。一般采用两种方式增加接触面积，一种是纵向 增加接触面，即增加换向器的长度；另一种是横向增 加接触面积，即增加碳刷的宽度。
2 纵向增加碳刷接触面积得缺陷
3 一般直流电机转子的结构
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对于一般的直流电机，要纵向增加接触面积，只 能先增加换向器的长度。因为如果仅仅将碳刷加长， 将导致刷盒与电机转子升高片碰撞或者有部分碳刷 超出换向器，无法实现增加接触面积的目的。而将换 向器加长，势必带来电机体积的增大和生产成本的增
本文以普通的单叠绕组转子作为示例来说明转 子碳刷过大对电机的影响。电机各项参数见表 1。
表 1 电机各项参数
参数名称
极对数 实槽数 虚槽数 换向片数 元件数
极距 第一节距 第二节距 换向器节距
字母符号
P Z Z1 K S τ y1 y2 yk
数据
2 对极 20 槽 20 槽 20 片 20 个 5槽 5槽 4槽 1片