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碳刷(8)碳刷（Carbon brush）也叫电刷，作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用。碳刷在产品应用材质主要有石墨，浸脂石墨，金属（含铜，银）石墨。碳刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，它一般是纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上，电机转动的时候，将电能通过换相器输送给线圈，由于其主要成分是碳，称为碳刷，它是易磨损的。应定期维护更换，并清理积碳。

碳刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，它一般是纯碳加凝固剂制成，外型一般是方块，卡在金属支架上，里面有弹簧把它紧压在转轴上，比如石油钻井完成后，需要进行检测，就要从井筒放仪器下去，就是通过碳刷将信号从旋转部分（外包钢丝的电缆滚筒）送到地面仪器的。碳刷的样子有点像擦铅笔的橡皮条那样，顶上有导线引出。体积有大有小。碳刷作为一种滑动接触件，在许多电气设备中得到广泛的应用。产品材质主要有电化石墨，浸脂石墨，金属（含铜，银）石墨。

发电机的碳刷又叫电刷，因为它的材料是"碳"，所以经常被称作"碳刷"。碳刷的作用是把发电机外部的电源(一般是直流的励磁电流)，通过滑环上的集电环，提供到转子的绕组(励磁绕组)上。这样就能让转子转动时，流入的直流电保持从转子的一端流入，从而使发电机向一个方向旋转。碳刷与电源连接为转子提供电能。^[1]

电动机的碳刷和发电机的碳刷又统称电机碳刷或电机电刷，电机碳刷的样子有点像擦铅笔的橡皮条那样，顶上有导线引出，体积有大有小。

在电机中的作用就是改变电流方向分直流电机和交流电机，直流电机是来改变转子的导电线圈，从而改变转子磁极。从而改变电机的运动。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。几乎所有的有刷电机都使用碳刷，它是有刷电机的重要组成部件。

电机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。电机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，因而需要有各种不同品级的电刷来满足这些要求，故电刷的种类也随着电机工业的发展而越来越多。

引起碳刷发热的因素

碳刷发热由3部分组成：碳刷自身电阻发热，碳刷接触压降发热和磨擦发热。

碳刷自身电阻发热功率：W1=I2*R；

碳刷接触压降发热功率：W2=I*△E；

磨擦发热功率：W3=F*v；

其中：I－流过碳刷的电流；

R-碳刷电阻；

△E-接触压降；

F-碳刷压紧力；

v-碳刷与滑环的相对运动速度。

2.1 碳刷使用过程中电阻值逐渐增大

在机组运行中，虽然使用的是同一型号的碳刷，但由于其压力不同，造成碳刷与滑环间的接触电阻不一，致使同极滑环上不同碳刷间电流不均，部分碳刷电流过大。

2.2 碳刷卡阻

碳刷通过电流后发热，刷体膨胀，易卡在刷架，这时拉动碳刷引线感觉很紧；部分碳刷由于振动、刷架不垂直等原因，会在刷架一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻，这几种形式卡阻，用钳型电流表仍可测得电流，由于碳刷分配电流的不均，部分碳刷电阻发热增加。

2.3 碳刷压力减小

由于运行中的碳刷磨损，每个碳刷长短不可能完全一致，故弹簧压力也各不一样，而且压力大小无法测量，很难保证弹簧压力的标准；再者由于碳刷过热会造成弹簧压力减小，造成部分碳刷电流减小。

2.4 碳刷接触面形成气膜

碳刷在允许最大速度下运行，很容易在碳刷接触面产生气膜和跳动，流过碳刷的电流不稳定。在滑环表面开凹槽和磨花碳刷接触面可破坏气膜。但开凹槽使碳刷实际的接触面积减小。

2.5 滑环氧化膜的形成

滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻大大增加，励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上。

2.6 电流平衡的破坏

一般情况下，碳刷与滑环接触面的接触紧力较大，即接触压降小，所有同极碳刷运行工况相近，每块碳刷的电流接近相等，刷体的平均温度较低，碳刷间电流相对稳定平衡（即强平衡）。运行一段时间后，碳刷的磨损量相近，但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因素，碳刷磨短了或弹簧压力降低了，碳刷接触面的接触紧力减小，碳刷间电流二次再分配，每条碳刷的电流差别增大，处于不稳定平衡（即弱平衡）。这个阶段时间长，逐渐变化，不容易引起注意。当环境温度升高或励磁电流增加时，随时可造成弱平衡破坏。^[2]

引起碳刷冒火事件的原因

由于检查及维护不到位，未能及时发现部分碳刷严重过热情况，滑环表面形成了一定厚度的氧化膜，增大了碳刷的接触压降，加上个别碳刷卡阻失效，碳刷处于弱平衡状态，个别碳刷电流迅速增大，严重过热，刷体发红膨胀卡死，大电流转移到其它碳刷，并相继出现膨胀卡死，滑环环火恶性发展，使得短时间内大量碳刷刷辫烧断。^[3]

碳刷运行中的维护

4.1 加强日常的运行检查及测温工作

在生产现场配备钳型电流表和测温仪，每班测量和掌握每个碳刷电流和温度，碳刷电流均衡，刷体温度控制在不大于80℃，及时消除电流不平衡、气膜、氧化膜、卡阻等因素，保证碳刷在强平衡状态工作。

4.2 出现个别碳刷引线断股，可先减小励磁电流及时更换；出现环火，应立即减小励磁电流，调整碳刷电流平衡后再换碳刷。

4.3 加强运行维护，特别是更换新碳刷和日常清扫时，调节碳刷弹簧压力尽量均衡，虽然碳刷长短不一，并联运行的碳刷压力却保持一致，使碳刷的磨损有所降低。

4.4 利用机组停运的机会，及时清理滑环和刷架上的粉尘和油垢，及时疏通滑环风道，以保证碳刷及滑环的冷却。^[4]

碳刷更换的注意事项

5.1 当碳刷磨损到极限线时（短边为40mm时）应予更换。

5.2发电机碳刷更换维护前应准备以下工器具：绝缘手套、专用扳手、砂纸、毛刷、白布、手电。

5.3 更换时应由有经验的人员担任；更换发电机碳刷时必须严格执行操作监护制度，防止造成人为短路。

5.4 工作时站在绝缘垫上，工作人员应特别小心，扣紧袖口，防止衣服及擦拭材料被转动部分挂住。

5.5 更换碳刷时，要用同批次型号与旧碳刷相一致。

5.6 发现发电机大轴碳刷短或发电机转子正负极对地电压偏差大时（8V），应及时对发电机大轴碳刷进行维护或更换，维护或更换后，应检查发电机大轴碳刷运行情况和发电机转子正负极对地电压情况。

5.7 更换碳刷应逐一进行，严禁两组及以上碳刷同时更换。

5.8 更换下部碳刷时特别注意防止碳刷脱落。

5.9 不得同时接触两极或一极与接地部分，也不能两人同时进行工作。^[5]

运行中碳刷冒火的原因及处理

碳刷冒火的原因主要有两种：

6.1因流过碳刷的电流不均引起冒火

调整时应视当时情况：若有温度高、轻微冒火，更换上新的碳刷或弹簧夹，增大压力，使碳刷的电流转移，这样冒火碳刷会基本消失；若有温度低、不冒火但有卡涩的碳刷，则先逐个取下打磨至其在刷架内能活动自如，碳刷冒火也基本消失；

6.2 因碳刷卡涩间断与滑环接触不良引起

调整时应先检查各碳刷带负荷情况，拆下卡涩碳刷进行打磨直至能在刷架内活动自如，又不要在刷架中晃动过大，或碳刷重新换方向放入刷架内，这样冒火也基本能消除。

发电机碳刷温度高原因和破损处理

7.1 发电机碳刷温度高的原因：

（1） 励磁系统过负荷使碳刷温度高；

（2） 碳刷与滑环接触面过小造成温度高；

（3） 滑环风道堵塞造成温度高；

（4） 碳刷本身质量问题引起温度高。

7.2 处理方法：

（1） 励磁系统过负荷时应立即减少励磁系统电流；

（2） 因碳刷与滑环接触面过小时，先将碳刷仔细调整和打磨，使接触面增大；

（3） 若因滑环风孔堵，先采用压缩空气进行吹扫或用外部其他冷却方式进行降温，待停机后再组织疏通；

（4） 因碳刷质量原因引起应尽快将新碳刷换上，并严格把好质量关。

7.3 碳刷破损处理

（1）碳刷温度高发生破损应立即查找温度高的原因并消除，将破损碳刷换下后，必须精心进行调整；

（2）碳刷未打磨好发生破损应重新打磨，使碳刷在刷架内活动自如，无振动现象；

（3）因机组振动大，碳刷有卡涩现象导致碳刷破损，应尽快重新打磨和调整碳刷，使碳刷在刷架内活动自如，机组冲转达额定转速时应检查碳刷情况，保证不能有跳动现象；

（4）碳刷质量差发生的破损应尽快进行更换，保证碳刷质量。^[6]

对于碳刷跳动时的处理

（1）因碳刷有破裂细块掉在刷握中立即将破损的细碳刷块清除，若破损严重，及时更换碳刷；

（2）弹簧压力不够应更换新的弹簧夹。

（3）刷架变形将碳刷上下方向调换，若还有跳动现象应更换刷架。^[7]

结束语

通过对发电机碳刷冒火原因的认真分析、研究产生环火的原因，监测设备运行状况，加强运行中机组碳刷的维护，可以有效地控制发电机滑环过热、环火等情况，从而保证发电机长周期安全稳定运行。