发电机碳刷的常见问题和日常维护
良好的运行维护方式可延长发电机碳刷的使用寿命，降低碳刷引起的机组故障，本文就发电机碳刷常见问题及日常维护进行分析。
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引言
碳刷用于电机的换向器或滑环上，作为导出或导入电流的滑动接触体，是电机动静接触和交换能量的设备，碳刷的良好维护，对机组的安全运行起着至关重要的作用。
碳刷在发电机滑环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是运行良好的主要标志之一。因为这层氧化膜的存在，改变了碳刷与滑环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。氧化膜是一种复合薄膜，其组成成分与碳刷型号及滑环的材料成分有关。碳刷与滑环接触面积的大小，由发电机的转速、滑环材质的硬度、加工精度、偏摆度、碳刷的材质、碳刷上的压力大小等因素来决定。
一、碳刷选型的基本原则
1.滑环振摆问题
由于存在振摆，且振摆随转速的增加而加大，影响碳刷与滑环的良好接触。在大振摆的前提下，对碳刷提出一个严峻的考验，为此，在振摆大的场合下，适当增加弹簧压力，或在碳刷压板之间选择良好的减震衬垫，对于改善换向有一定效果。
2.机械上的原因
由于滑环偏心，转轴轴向串动，刷盒不正或碳刷与刷盒配合间隙不当，造成碳刷在刷盒内浮动受阻或卡住，弹簧压力不均，造成碳刷与滑环接触不稳定等。
3.电气上的原因
由于滑动接触面间的导电微粒分布不均匀，氧化膜厚度不均匀等造成接触电阻大小不同。有研究发现，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。
4.滑动接触面间气体压力的影响
碳刷滑动接触面与滑环表面作高速相对滑动时，由于碳刷在刷盒内晃动，造成碳刷弧面大于滑环弧面，形成了楔形空间。在滑入边，当电机在高速运转时，粘附于滑环或滑环表面上且随之旋转的空气层进入楔形空间，对碳刷产生一个向上的作用力；而在碳刷滑出边同样也存在一个楔形空间，在电机高速旋转时，楔形空间里的空气同样会粘附于滑环表面被带走，对碳刷的弧面造成气吸现象，使碳刷受到一个向下的吸力。
当产生的向上的浮力足以克服滑出边所受到的吸力、弹簧压力和碳刷的重量以及碳刷与刷盒壁之间的摩擦力的总和时，碳刷被滑环带入的空气托起，造成碳刷与滑动接触面分离而不导电。当产生的吸力大于产生的浮力，碳刷被紧紧的吸附在滑环上，当然电流就从这些碳刷经过，造成电流分配不均匀，这就是所谓的“气垫”现象；为了消除“气垫”现象，我们看见：滑环上车削螺旋槽，碳刷弹簧压力加大，碳刷比重小而多孔。这些措施，都有利于空气的排泄（在滑入边）或吸入（在滑出边），以减少气垫的作用力。
二、碳刷的发热
1.由于通风不良导致的发热
通风不良主要是因为冷却风道堵塞，滑环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因，尤其是当运行中滑环表面温度过高时，导致碳刷磨损加剧，碳粉积聚增加，有可能会堵塞上述滑环表面的散热通道。因此在大小修时，应对滑环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理，保持通畅。对于经过多次车削的滑环，如果滑环表面的通风沟高度不到5mm，已经车削到径向限制孔时，就应当按照说明书根据最小使用外径进行更换，以保证滑环的机械及散热可靠性。
2.由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热
滑环和碳刷是通过相互滑动接触导通励磁电流的，根据容量及型号的不同，每个滑环上大约分布着数十只碳刷，由于接触电阻的不同，电流分配的差异，会导致发热不均匀，有以下几个原因：
2.1碳刷与滑环表面接触电阻、碳刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。可通过测量单个碳刷总压降、碳刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。同时检查回路中各螺丝是否紧固。检查碳刷接触面的清洁程度，是否存在油污污染。
2.2碳刷压力不均匀或不符合要求，可能有碳刷过短、弹簧由于过热变软老化失去弹性等原因。应使用弹簧秤检查碳刷压力。恒压弹簧应完整无机械损伤，压力应符合其产品的规定，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5%；非恒压的碳刷弹簧，有规定时压力应符合其产品的规定，当无规定时，应调整到不使碳刷冒火的最低压力，一般为140-250g/cm2，同一刷架上每个碳刷的压力应均匀。
2.3滑环与转子引线接触电阻过大，这种情况应对滑环与转子引线间的紧固
螺丝进行加固。
2.4碳刷材质不良、导电性能差、使用的型号不符合要求或者使用了不同型号的碳刷。同一电机上应使用同一型号、同一制造厂的碳刷，对于外观检查有明显差异的碳刷应更换。
3.氧化膜被破坏且无法重新建立导致的
氧化膜具有非常好的润滑性能，碳刷与滑环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜，这层石墨膜，将碳刷与滑环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生，减少了碳刷的磨损。碳刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。
三、碳刷的磨损
1.弹簧压力对碳刷磨损的影响
每一种型号的碳刷都有其允许的弹簧压力，主要作用达到碳刷与滑环的良好接触，实践证明，弹簧压力大不好，小也不好。弹簧压力小了，碳刷与滑环的接触不良，这样，可以降低摩擦系数，减少纯机械性磨损，但是，却大大增加了电气磨损，且易造成（加大）火花；如果弹簧压力过大，虽然电气磨损降低，但机械磨损增加，总的结果使碳刷磨损加大。
2.电流的影响
通电时碳刷的磨损率要比无电流时大的多，因为碳刷与滑环之间是滑动接触，电流从面积很小的真实接触面上通过，因而使接触部分的温度比碳刷的平均温度要高很多，造成多孔的碳石墨刷体升温而氧化，使连接变弱，导致接触表面部分的碳石墨剥落到滑环上，因此使碳刷的磨损加大。同样地碳刷材料，同样地转速，同样地弹簧压力，电机的正极碳刷要比负刷磨损大，在显微镜下，正碳刷的滑动接触面较光泽，负碳刷的接触面则较为粗糙，这也是负刷磨损大的原因，另一个原因是，由于电弧的阴极比阳极温度高的结果。
3.滑环表面状态的影响
滑环的表面状态对碳刷磨损率的影响很大，滑环的表面光洁度，关系到摩擦系数的大小.换向器上的光洁度，应在▽7以上；汽轮发电机滑环，除了保证一定的光洁度外，还能够确保符合条件的粗糙度。
4.偏心的影响
滑环的偏心（或振摆）对碳刷的磨损是影响很大。偏心愈大，磨损愈大，特别是金属碳刷，其磨损受偏心的影响更大，当偏心达到5/100mm以上时，碳刷磨损急剧变大。因此，应严格控制滑环的偏心.保证较低的偏心率，是非常必要
