碳刷（Carbon brush）也叫電刷，作為一種滑動接觸件，在許多電氣設備中得到廣泛的套用。碳刷在產品套用材質主要有石墨，浸脂石墨，金屬（含銅，銀）石墨。碳刷是電動機或發電機或其他旋轉機械的固定部分和轉動部分之間傳遞能量或信號的裝置，它一般是純碳加凝固劑製成，外型一般是方塊，卡在金屬支架上，裡面有彈簧把它緊壓在轉軸上，電機轉動的時候，將電能通過換相器輸送給線圈，由於其主要成分是碳，稱為碳刷，它是易磨損的。應定期維護更換，並清理積碳。
碳刷的樣子有點像擦鉛筆的橡皮條那樣，頂上有導線引出。體積有大有小。碳刷作為一種滑動接觸件，在許多電氣設備中得到廣泛的套用。產品材質主要有電化石墨，浸脂石墨，金屬（含銅，銀）石墨。
基本介紹
- 中文名：碳刷
- 外文名：carbon brush
- 主要成分：碳
- 產品材質：電化石墨，浸脂石墨，金屬石墨
- 功能：傳遞能量和信號
- 套用：電氣設備
- 別名：電刷
分類,金屬石墨,天然石墨,電化石墨,功能特點,良好標誌,碳刷安裝,碳刷檢測,注意事項,更換,注意事項,更換情況,處理措施,型號選擇,故障處理,日常維護,
分類
金屬石墨
該類碳刷的主要材料是電解銅和石墨。根據使用需要有時也採用銀粉（精密儀器上用的，非常貴）、鋁粉、鉛粉等其他金屬，這些碳刷裡面又有含黏結劑和不含黏結劑之分。這類碳刷既有石墨的摩擦特性又有金屬的高導電性，因此，適用於高負荷和換向要求不高的低電壓電機（如汽車啟動馬達等）。其圓周速度不超過30米/秒。
天然石墨
電化石墨
主要成分是碳黑、焦碳和石墨等各種碳素粉末材料組成，經2500度高溫處理，使轉化為微晶型人造石墨。這類碳刷具有優異的換向性和自潤滑性能，廣泛用於各類交直流電機不但壽命長，而且對換向器的磨損小。
功能特點
碳刷它的作用主要是對金屬磨擦的同時導電，它不象金屬對金屬磨擦導電時一樣；金屬對金屬磨擦導電時，磨擦力可能會增大，同時交接的地方可能會燒結在一起；而碳刷則不會，因為碳和金屬是兩種不同的元素。它的用途多半都用在電動機上，型狀是多種多樣的，有方的有圓的等等。
碳刷適用於各種電動機、發電機、輪軸機。具有較好的換向性能，使用壽命長。碳刷是用於電機的換向器或滑環上，作為導出導入電流的滑動接觸體，它的導電，導熱以及潤滑性能良好，並具有一定的機械強度和換向性火花的本能。幾乎所有的電機都使用碳刷，它是電機的重要組成部件。廣泛適用於各種交直流發電機，同步電動機，電瓶直流電動機，吊車電機集電環，各型電焊機等等。 隨著科學技術的發展，電機的種類和使用的工況條件越來越多樣化。
具體作用
1.將外部電流（勵磁電流）通過碳刷而加到轉動的轉子上（輸入電流）；
2.將大軸上的靜電荷經過碳刷引入大地（接地碳刷）（輸出電流）；
3.將大軸（地）引至保護裝置供轉子接地保護及測量轉子正負對地電壓；
4.改變電流方向（在整流子電機中，電刷還起著換向作用）。
除了感應式交流異步電動機沒有外。其他的電機都有，只要轉子有換向環的都有。
發電的原理，是磁場切割導線後，在導線產生電流。發電機是採用讓磁場旋轉的方法切割導線的。旋轉磁場是轉子，被切割的導線是定子。
良好標誌
為保障電機的正常運行，碳刷使用性能良好標誌應該為：
電刷在電機裡面
電刷在電機裡面1）在換向器或集電環表面能較快形成一層均勻、適度和穩定的氧化薄膜。
2）碳刷的使用壽命長，並不磨損換向器或集電環
3）碳刷具有良好的換向和集流性能，使火花抑制在允許的範圍內，並且能量損耗小。
4）碳刷運行時，不過熱，噪音小，裝配可靠，不破損。
碳刷安裝
1.碳刷裝入刷握內要保證能夠上下自由移動，碳刷與刷握內壁的間隙在0.1-0.3毫米之間，以避免碳刷和刷握之中因間隙過大產生擺動。刷握下邊緣距整流子表面的距離應該保持在2毫米左右。
2.在同一台電機上，原則上應該使用同一種型號的碳刷，但對於個別換向特別困難的大中型電機，可採用雙子碳刷，其滑入邊採用潤滑性能好，滑出邊採用抑止火花能力強的碳刷，從而使碳刷的運行得到改善。
3. 施於同一台電機各碳刷的單位壓力應力求均勻，以免電流分配不均，導致個別碳刷產生過熱和火花。碳刷的單位壓力應按“碳刷技術性能表”來選擇，對於轉速較高的電機或在振動條件下工作的電機，應適當提高單位壓力，一保證正常工作。打個比方：牽引機電機的碳刷單位壓力為0.4-0.6kgf/cm2。國民經濟持續的快速發展，擴大了本已嚴峻的供電需求缺口，新建機組、各行業的自備電源系統和自備發動機系統的置備和安裝套用，如“雨後春筍”隨處可見。而發電機勵磁系統的碳刷運行與維護技術是傳統技術，多年來工藝和技術水平無實質性突破。所以，各方對發電機勵磁系統關注不夠，投入有限，進而導致勵磁系統碳刷事故。近一個時期的多期安全通報，連續通報了數起大型發電機組，因碳刷或轉子集電環故障引發的停機事故，給企業造成較大經濟損失。當導入導出電流的碳刷運行中發生故障時，如何判別故障類型與性質，以便儘快消除故障，保證設備穩定運行，是大家需要認真思考的。
碳刷檢測
1、從直觀來看，電刷應當倒角得體、規格適當、結構規範、導線的截面和長度符合要求，沒有鬆動、脫落、破損、掉邊、掉角、卡箍等現象。
2、從使用來看，電刷使用性能良好的標誌主要有以下幾種情況：
（1）使用壽命長並不磨損換向器或集電環。
（2）具有良好的換向和集流性能，使火花抑制在允許的範圍內，並且能量損耗小。
（3）電刷運行時，不過熱，噪音小，不破損。
（4）運行過程中，能夠在換向器或集電環表面較快地形成一層均勻、適度和穩定的氧化薄膜。
3、通過儀器對電刷進行檢測。從技術層面看，電刷應當符合國家部頒標準。通過儀器可對電刷按照《電刷技術性能表》所要求的性能進行檢測。如電刷的電阻率、洛氏硬度、體積密度、電流密度、接觸電壓降、摩擦係數、50小時磨損、允許圓周速度、單位壓力，甚至金屬含量的大小等等。
4、在同一電機上，應選擇使用同一型號、同一製造廠的電刷。由於不同製造廠生產的電刷性能差別很大，甚至同一製造廠在不同時間生產的電刷性能也有所差別。因而，針對同一電機來說，應儘量選擇同一型號同一製造廠，最好是同一時間生產的電刷，以防止由於電刷性能上的差異造成並聯電刷電流分布的不平衡，影響電機的正常運行。
5、對於個別換向特別困難的大中型電機，可選擇採用分辮電刷。目的是以增加電刷內短路電流的方式來改善換向性能。對於單向旋轉換向困難的電機，可選擇採用組合電刷。即滑入邊選擇使用潤滑性能好、成膜能力強的低電阻值石墨基電化石墨電刷，滑出邊選擇使用換向性能好的高電阻率的炭黑基電化石墨電刷。這樣既易形成氧化膜，又對換向性能起到極大的改善作用。在滑出邊也可採用碳纖維複合電刷，突出利用其滅弧能力強的特點，從而使電機的運行取得最佳效果。
注意事項
1. 碳刷的引出線套有絕緣管的，應裝在絕緣碳刷架內；引出線是裸銅線的，應裝在搭鐵碳刷架內。
2. 碳刷裝入碳刷架上時，應注意曲面方向，裝反會接觸面過小，發電弱或不發電。
3. 碳刷在碳刷架內應能自由起落，如有發卡現象，應磨去多餘部分。
4. 碳刷彈簧應壓在碳刷正中，防止受力不均發生偏磨。
5. 碳刷與整流子的接觸面積，應不小於全部接觸面的3/4，碳刷不得有油污。
更換
注意事項
（1） 嚴禁兩人同時工作；
（2） 工作時必須將衣服和袖口扣好，以免被轉動部分絞傷；
（3） 工作時站在絕緣墊上；
（4） 嚴禁同時觸摸兩極或一極對地；
（5） 同一機組應使用同一型號碳刷；來源困難，可使用不同型號的碳刷（同一級仍然保證同一型號），但是必須事先征的領導同意；
（6） 在碳刷上部低於刷握或與刷握一樣平時應立即更換。
更換情況
當碳刷出現以下幾種情況時應進行更換：1、磨損嚴重（不足原長的1/3）；2、損壞嚴重；3、碳刷與滑環接觸面不足70%。
處理措施
一般啟動時電流偏大，有火花，正常運行時沒有火花。可從以下幾點排除：
1.檢查電刷長度是否太短，到達生命線,導致壓力過小電刷接觸不上滑環；
2.檢查彈簧壓指壓力是否合適，如果偏小會導致跳刷放電；
3.檢查滑環表面光潔度，如果太毛會增大電刷接觸電阻導致火花大；
4.檢查轉子電氣，保證電阻正常，匝間沒有短路；
5.檢查軸承是否游隙過大，導致轉子轉動時滑環上電刷跳動量大，檢查滑環表面徑向跳動量是否過大。電刷彈刷引發產生火花；
6.另外電刷是否和以前使用的一致，電刷對導電電流和摩擦速度有要求的。
每天都應對碳刷和滑環進行檢查，主要檢查項目有：
（1）碳刷的磨損長度不超過2/3。當碳刷的磨損長度超過2/3（即碳刷的頂部與刷握的頂部在同一平面）時，必須將其更換。
（2）碳刷無冒火花情況。碳刷剛開始打火花時，就要查找原因，及時消除。
（3）碳刷無偏移滑環外側現象，碳刷的邊緣無崩裂情況。
（4）碳刷刷辮與刷架和碳刷的連線良好，無發熱及碰觸刷握的情況。
（5）碳刷在刷握內無跳動、搖動或卡澀的情況。
（6）定期用直流鉗型表測量各碳刷的電流分擔均勻，用紅外線測溫儀測量碳刷有無過熱現象，如有異常應及時更換。
（7）彈簧壓力正常，無變形和斷裂現象。正常時各碳刷所受壓力應均勻穩定，其單位壓力通常在1.1kg～2.5kg之間，各碳刷之間的不均壓力差應在5%以內。
（8）刷握與滑環的距離符合規定值。發電機刷握與滑環的距離：2.5～3 mm，主勵刷握與滑環的距離：2～4 mm。
型號選擇
1、為保障電機的正常運行，正確選擇碳刷型號是十分重要的，由於製造碳刷時所選用的原材料和工藝不同，其技術性能也有差異。因此在選擇碳刷時，應該綜合考慮碳刷的性能和電機對碳刷的要求。碳刷下邊緣距整流子表面的距離應該保持在2毫米左右。如距離過小，刷握容易觸傷換向器，距離過大，碳刷易顫動而導致破損。
2、碳刷使用性能良好標誌應該為：
1）碳刷的使用壽命長，並不磨損換向器或集電環。
2）碳刷運行時，不過熱，噪音小，裝配可靠，不破損。
3、碳刷磨損到一定程度要更換新的碳刷，碳刷最好一次全部更換，如果新舊混用，可能會出現電流分布不均勻的現象。對於大型機組，停機更換碳刷，勢必影響生產，可以選擇不停機，我們通常建議客戶的做法是每次更換20%的碳刷（即每台電機的每個刷桿的20%），每次間隔時間為1-2周，待磨合再逐步更換其餘碳刷，以保證機組的正常連續運行。
4、在同一台電機上，原則上應該使用同一種型號的碳刷，但對於個別換向特別困難的大中型電機，可採用雙子碳刷，其滑入邊採用潤滑性能好，滑出邊採用抑止火花能力強的碳刷，從而使碳刷的運行得到改善。
5、施於同一台電機各碳刷的單位壓力應力求均勻，以免電流分配不均，導致個別碳刷產生過熱和火花。碳刷的單位壓力應按“碳刷技術性能表”來選擇，對於轉速較高的電機或在振動條件下工作的電機，應適當提高單位壓力，一保證正常工作。打個比方：牽引機電機的碳刷單位壓力為0.4-0.6kgf/cm2。
6、為了使碳刷與換向器接觸良好，新碳刷應該進行磨弧度，磨弧度一般在電機上進行。在碳刷與換向器之間放置一件細玻璃砂紙，在正常的彈簧壓力下，沿電機旋轉方向研磨碳刷，砂紙應該儘量粘緊換向器，直至碳刷弧面吻合，然後取下砂紙，用壓縮空氣吹淨粉塵，再用軟布擦拭乾淨。研磨碳刷不宜採用金剛砂紙，以防金剛砂顆粒嵌入換向器槽內，在電機運行時，擦傷碳刷和換向器表面。磨弧後，電機先20-30%以負荷運轉數小時，使碳刷和換向器磨合，並建立均勻的氧化薄膜。再逐步提高電流至額定負荷。
通常碳刷單位壓力過高，是碳刷的磨損加劇，單位壓力過小，接觸不穩定，容易出現機械火花。
關於碳刷型號的選擇，對整個電機的運行穩定起很關鍵的作用。
故障處理
1、為保障電機的正常運行，正確選擇電刷型號是十分重要的，由於製造電刷時所選用的原材料和工藝不同，其技術性能也有差異。因此在選擇電刷時，應該綜合考慮電刷的性能和電機對電刷的要求。
電刷使用性能良好標誌應該為：電刷的使用壽命長，並不磨損換向器或集電環；電刷具有良好的換向和集流性能，使火花抑制在允許的範圍內，並且能量損耗小；電刷運行時，不過熱，噪音小，裝配可靠，不破損。
2、電刷裝入刷握內要保證能夠上下自由移動，電刷與刷握內壁的間隙在0.1-0.3毫米之間，以避免電刷和刷握之中因間隙過大產生擺動。刷握下邊緣距整流子表面的距離應該保持在2毫米左右。如距離過小，刷握容易觸傷換向器，距離過大，電刷易顫動而導致破損。
3、在同一台電機上，原則上應該使用同一種型號的電刷，但對於個別換向特別困難的大中型電機，可採用雙子電刷，其滑入邊採用潤滑性能好，滑出邊採用抑止火花能力強的電刷，從而使電刷的運行得到改善。
4、電刷磨損到一定程度要更換新的電刷，電刷最好一次全部更換，如果新舊混用，可能會出現電流分布不均勻的現象。對於大型機組，停機更換電刷，勢必影響生產，可以選擇不停機，我們通常建議客戶的做法是每次更換20%的電刷（即每台電機的每個刷桿的20%），每次間隔時間為1-2周，待磨合再逐步更換其餘電刷，以保證機組的正常連續運行。
5、為了使電刷與換向器接觸良好，新電刷應該進行磨弧度，磨弧度一般在電機上進行。在電刷與換向器之間放置一件細玻璃砂紙，在正常的彈簧壓力下，沿電機旋轉方向研磨電刷，砂紙應該儘量粘緊換向器，直至電刷弧面吻合，然後取下砂紙，用壓縮空氣吹淨粉塵，再用軟布擦拭乾淨。研磨電刷不宜採用金剛砂紙，以防金剛砂顆粒嵌入換向器槽內，在電機運行時，擦傷電刷和換向器表面。磨弧後，電機先20-30%以負荷運轉數小時，使電刷和換向器磨合，並建立均勻的氧化薄膜。再逐步提高電流至額定負荷。
6、施於同一台電機各電刷的單位壓力應力求均勻，以免電流分配不均，導致個別電刷產生過熱和火花。電刷的單位壓力應按“電刷技術性能表”來選擇。
日常維護
碳刷在運行過程中，應進行及時的維護。常會維護不好而造成事故，甚至停機停產。反之，加強對集電裝置部分的維護，能及早發現問題和解決問題，可以免除很多事故的發生。帶有換向器的電機，由於碳刷不但起傳導電流的作用，而且還起換向作用，因而其監護工作量要大得多。經常和仔細觀察換向火花的狀態和特徵是非常重要的。直流電機換向火花的大小和狀態，是影響換向諸因素綜合作用的反映，是電機運行情況好壞的主要標誌。因而仔細觀察火花的產生及其變化規律，是分析火花產生的原因和採取措施來消除火花的根據。
電機運行時所產生火花的形態，通常分為點狀火花（很微弱且不連續）；粒狀火花（較點狀火花大，亮度也較點狀火花強）；火球狀火花（在碳刷滑出邊上停留或浮動的紅色或白色的明亮球狀火花）；火舌狀火花（在碳刷滑出時，火花拖長，有短火苗，一般為紅色）；爆鳴狀火花（火花明亮，有較大的放電聲響）；飛濺狀火花（火舌拖出較長，有火星飛越現象）；環火狀火花（碳刷滑出邊火花拖長並附在換向器表面形成環火，嚴重時形成正負刷架間的弧光短路）。
