2022-05-01 11:06:40

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电刷是与运动件作滑动接触而形成电连接的一种导电部件。电刷是用于换向器或滑环上,作为导入导出电流的滑动接触体。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抑制换向性火花的本能。几乎所有的直流电机以及换向式电机都使用电刷,它是电机的重要组成部件。

基本信息

  • 中文名

    电刷

  • 外文名

    electric brush

  • 概述

    与运动件作滑动接触一种导电部件

  • 设计选用

    电刷的宽度 电刷的长度

  • 电刷材料

    天然石墨类 电化石墨类

  • 故障排除

    电刷常见故障 关于电刷的颤震

  • 分类方法

    软质电刷,中硬质电刷和硬质电刷

折叠 编辑本段 基本定义

我国行业推荐标准《JB/T4003-2001电机用电刷》中把电刷分为四大类:

1.石墨电刷。

2.电化石墨电刷。

3.树脂粘合石墨电刷。

4.金属石墨电刷。

电刷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。人们为了使用和管理上的方便,对众多的电刷进行了分类。[1]

折叠 编辑本段 分类方法

1,按材质的软硬可分为软质电刷,中硬质电刷和硬质电刷。

2,按电刷的使用对象可分为汽轮发电机用电刷,轧钢电机用电刷,牵引电机用电刷,汽车拖拉机用电刷,电动工具用电刷,飞机电机用电等。

3,按 电刷的颜色分为黑色电刷(用纯碳石墨材料制成)和有 色电刷(用铜等金属材料和石墨制成 ) 。

4,按电刷材料的不同,可分为:(1)石墨电刷。(2)电化石墨电刷。(3)金属石墨电刷。

(1)石墨电刷

它是在天然石墨中加入沥青、煤焦油等粘合剂混合压制而成。它质地软,润滑性能较好,摩擦系数低,但因含杂质较多而易使整流器受损。一般适用于整流条件正常、负载均匀的电机。

(2)电化石墨电刷

它是由石墨、焦炭等作原料,近2500℃以上高温处理而制成。其性能优良,故使用范围广,可用于各类型的电机及整流条件较困难的电机上。

(3)金属石墨碳刷

它是在石墨中渗入铜及少量锡、铅等金属粉末混合而制成,具有优良的导电性,载流量大,特别适合交流绕线式异步电动机和电电流直流电机。

(4) 纯金属电刷

它是用薄的金属片制成。有时为了改善性能,会的金属片表面镀一层其它贵金属。比如银钯合金。这种电刷的导电性极好。电刷上损耗不大,但耐磨性差,导致电机寿命低。由于刷片薄,也不能承受大电流。常用于微型小电机。[1]

折叠 编辑本段 电刷选用

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)使用寿命长并且不磨损换向器或集电环,不使换向器出现划痕、不平、烧蚀、拉丝等。

(2)具有良好的换向和集流性能,且能量损耗小。

(3)电刷运行时,不过热,噪音小,不破损,刷辫不变色,不烧蚀。

(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。

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。不知这些参数都是怎么测得的。有会的专家给指点一下。并且这些参数是否为一般电机的测量数据,而对于电动工具电机电刷来说,又是怎么测呢?

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]

折叠 编辑本段 设计选用

电刷的选择对电动机换向时抑制火花有重要的作用,应按功率、电压、负载特性及换向器圆周速度等条件选用。一般常用电化石墨电刷,因其电阻系数和接触电压较高,对抑制火花有利。但对于低压电动机而言,过大的接触电压使它在总电压降落中所占比例太大,因此采用金属石墨电刷。[1]

折叠 电刷的宽度

电刷所覆盖的换向片数至少应保证能与m重绕组的支路相联,即电刷宽度bb应满足下式:

bb>mt 0 m----绕组的重数。[1]

折叠 电刷的长度

电刷的电流密度可查相应的电刷规范。电刷长度lb.

Lb=2I/pbbJb

式中Jb----电刷电流密度,一般取12A/cm2.

如果电流很大,且lb. >>bb,则应增加刷杆上的电刷并联数,使每只电刷的面积不致太大,使接触更为可靠。[1]

折叠 电刷与刷架的配合

电刷装入刷架后,应以电刷能够上下自由移动为宜,只有这样,才能确保电刷在弹簧的压力下随着不断的磨损,而与整流子或集电环持续保持紧密接触。因此,电刷的四个侧面与刷架内壁之间必须留有一定的间隙。实践证明,这个间隙一般在0.1~0.3毫米之间。既不宜过大,也不宜过小。间隙过小,可能造成电刷卡在刷架中,弹簧无法压紧电刷,电机工作失去意义;间隙过大,电刷则会在架内产生摆动,不仅出现噪音,更重要的是出现火花,对整流子或集电环产生破坏性影响。[1]

折叠 刷架的下端边缘

距整流子或集电环表面的距离应保持在2~4毫米范围内。其距离过小,刷架易擦损整流子或集电环;过大,电刷易颠动而造成损坏。

电刷是电机(除鼠笼式电动机外)传导电流的滑动接触体。在直流电机中,它还担负着对电枢绕组中感应的交变电动势,进行换向(整流)的任务。实践证明:电机运行的可靠性,在很大程度上决定于电刷的性能。

根据电刷的生产方法,分为两类。一类是有色电刷,即金属石墨电刷。一类是黑色电刷。有色电刷中,含有色金属,主要是铜粉、银粉、其次是铅粉、锡粉、氧化铅粉等,余量为鳞片石墨粉。各种金属粉末含量多少随电刷的技术要求而定。当金属含量达到!"#以上时,可不加粘结剂,将粉末混匀后直接压制成型。否则要加入粘结剂(煤沥青、煤焦油或树脂等)。黑色电刷选用石油焦、沥青焦、炭黑、木炭以及天然石墨粉等,加入部分粘结剂(如煤沥青、煤焦油和人造树脂等)制造的。采用树脂粘结剂经固化制造的电刷为高电阻电刷,而焙烧后的产品称炭刷和石墨刷(以天然石墨为主要原料)经石墨化后的产品称电化石墨刷

制造电刷所使用的原料分三类,一是金属粉末;二是炭和石墨粉末;三是粘结剂。由于电机的使用工况条件不同,所以电刷的种类繁多。不同牌号的电刷,其技术性能上有较大的差异。所以需要在配方和工艺中进行调整。配方组成包括:!)选用不同的原料和所占比例;")干粉的粒度组成;#)粘结剂的种类、性质和所占比例。制造电刷所使用的原料较多,它们具有不同的物质结构和性能,将这些不同性质的原料按一定比例配合混匀,则得到与单一原始原料性能完全不同的综合效果。干粉粒度组成,影响它的堆积密度,由于颗粒间的相互搭接的差异,产生不同程度的孔隙(气孔)。颗粒越细,表面积也越大,需粘结剂多。颗粒的长宽比不同,成型后电刷具有各向异性。煤沥青、煤焦油粘结剂的组成十分复杂,它的生产方法、技术指标以及加入量的多少,均直接影响产品的最终性能。到目前为止,还不能根据电刷性能要求,采用理论计算的方法,设计产品配方。一般是根据理论计算和实际试验相结合的方法确定。当生产工艺和原料质量改变时,原来的配方便不一定适用,此时应修改工艺与配方,才能达到原定的质量标准和使用要求。对于使用信誉较高的产品,应尽量维持配方和工艺的稳定。[1]

折叠 编辑本段 电刷材料

1 据我所知,如银石墨、铜石墨、电化石墨等;也有直接用金属片作电刷的,比如说手机震动电机中的圆柱震动马达的刷片大多用金属材料,好像是铍镉铜(不一定记得准确了哈)!

2 电刷型号、技术性能、及试验条件符合JB4003-85标准规定 型号电阻率μΩm洛氏硬度体积密度 短路换向器试验推荐工作条件基本值载荷Vg/cm3一般电刷的接触电压降[1]

折叠 天然石墨类

高阻天然石墨类碳刷坯料高阻天然石墨类碳刷坯料树脂粘合石墨类

折叠 电化石墨类

折叠 金属石墨类

此为金属石墨坯料,只是含铜量不同此为金属石墨坯料,只是含铜量不同随着电力电子技术的发展,利用电子器件换向的无刷直流机也开始广为出现,并发展成熟。其它的电机,(异步电机和同步电机)均为交流电机,没有电刷结构。

电刷的形状各异,在电机上使用的多为长方形,安置在电刷架上。电刷和换向器或滑环之间有一定的压力,大型的电刷结构比较复杂,小型电刷就比较简单。

电刷的电流导出也不一样,大型电刷上有导线,小型的经常由弹性导电片引出。

起重天车的和地铁,城铁用的集电靴,也可以归于电刷,但是材料和结构和石墨电刷就很不一样。[1]

折叠 编辑本段 故障处理

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:

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 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,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:牵引机电机的电刷单位压力为0.4-0.6kgf/cm2。

通常电刷单位压力过高,是电刷的磨损加剧,单位压力过小,接触不稳定,容易出现机械火花。[1]

折叠 编辑本段 故障排除

折叠 电刷常见故障

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,或改换电刷型号。

b 云母突出-------------下刻云母或使用磨蚀性较大的电刷

c 换向器升高片连接处断开------ 重新焊接

d 电刷位置不正确---------- 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 电刷粘附或滞留在刷握里--------检查电刷尺寸是否正确,清扫电刷和刷握除去任何毛刺

j 电刷磨合不佳-------------磨合电刷

k 电刷型号不适合电机[1]

折叠 关于电刷的颤震

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 电刷在刷握内太松-----------如果刷握磨耗,需更换新的

f 电刷型号不合适

关于电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. 电刷和刷杆间的电阻不均等-------清扫和紧固连接处

e. 电刷接触面有磨蚀粒子---------重新磨合和清扫电刷表面

f. 电流分配不均匀------------调整电刷压力

g. 电刷型号混用-------------只可安装一种型号的电刷

电刷因素

碳刷即电刷。运行中发电机组的碳刷如果维护和使用不当将造成事故降负荷,甚至停机。

导致碳刷故障的因素

电磁因素:无功或励磁电流调整时,碳刷的火花有明显变化。在励磁机换向时,碳刷与换向片接触不良,接触电阻过大;整流子或滑环的氧化膜薄厚不均匀,引起碳刷电流分布不平衡;或者负载突然变化,以及突发的短路导致换向片间的电压分布异常;机组过载和不平衡;碳刷选型不合理,碳刷间距不等;碳刷质量问题等等。

机械因素:换向器中心不正,转子不平衡;机组振动大;换向片间绝缘凸出或换向片凸出;碳刷接触面研磨不光滑,或换向器表面粗糙而造成接触不良;换向器表面不清洁;各个换向极下气隙不等;碳刷上弹簧压力不均匀或大小不适宜;碳刷在刷握里太松而发生跳动,或太紧了碳刷在刷握里卡住了等。机组运转速度降低或震动改善,火花将减少。

化学因素:机组运行在有腐蚀性的气体中,或机组运行空间缺乏氧气,换向器与碳刷接触的表面上一层自然形成铜氧化物薄膜遭到破坏,本已形成的、近似线性电阻的换向不复存在,在接触面重新形成氧化膜的过程中换向器火花加剧。换向器(或滑环)被酸性气体或油脂腐蚀。

折叠 编辑本段 使用条件

  • 电刷不止存在于直流电机。他是用来和换向器配合来实现机械换向的,即保证输入到直流电动机或直流发电机输出的电为直流电!随着电力电子技术的发展,利用电子器件换向的无刷直流机也开始广为出现,并发展成熟。其它的电机,如绕线式异步电机等带集电环电机亦有电刷结构。

折叠 编辑本段 日常用途

  • 电刷的作用就是接通有相对运动的两个物体之间的电流。最常见的是电机的换向器,也有直线运动的电车、电动机车的电刷。 电刷的形状各异,在电机上使用的多为长方形,安置在电刷架上。电刷和换向器或滑环之间有一定的压力,大型的电刷结构比较复杂,小型电刷就比较简单。 电刷的电流导出也不一样,大型电刷上有导线,小型的经常由弹性导电片引出。起重天车的和地铁,城铁用的集电靴,也可以归于电刷,但是材料和结构和石墨电刷就很不一样。
参考资料

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