正负极碳刷磨损不一致的原因分析

lvwei1020

在电流作用下的电气磨损和机械磨损 在电流作用下，不仅有机械磨损，还有电气磨损。所谓电气磨损，指的是由于电弧高温和放电等因素的作用，使极面材料受到损坏的情况。而由于电气磨损影响极面，所以也会对机械磨损的程度产生影响。 由于电流通过碳刷和滑环的接触面，且其直接传导的部位不断变动，电流密度又很大，使一些点温度很高；又由于电弧的高温作用，会使两侧极面局部熔化、脱落，金属会变成金属蒸汽，碳刷则结构松化，受氧化腐蚀而脱落，此即电气磨损的表现。但是，极性不同，磨损情况是不一样的。在电弧作用下，阳极（正极）表面局部灼热而蒸发出“金属蒸汽”，使阳极表面损蚀，这叫“阳极蒸发”；阴极（负极）因受正离子撞击和高温作用发射电子，使阴极表面也遭受破坏，这叫“阴极粉化”。由于阳极蒸发和阴极粉化的作用，碳刷和滑环由于电流方向不同会出现极性差别。
        当电流由碳刷流向滑环时，此时碳刷为正极，滑环为负极，则结果是：碳刷面上发生微小程度的阳极蒸发，碳粒、石墨离子迁移到滑环表面，碳刷有电气磨损。滑环表面有轻微的阴极粉化，并附着碳粒、石墨，成润滑、光泽的镜面。由于滑环表面平滑，机械磨损较小。 当电流由滑环流向碳刷时，此时碳刷为负极，滑环为正极，则结果是：碳刷面上发生阴极粉化，电气磨损小。滑环表面发生阳极蒸发。大量金属蒸发，使其表面损蚀严重，同时，这些金属粒子也易附于碳刷磨损面上，反过来会使换向器表面严重磨损，出现条痕。这种情况下，滑环表面粗糙，呈金属光亮，面间机械磨损大。
        总的来说，当碳刷为正极时：碳刷电气磨损大，机械磨损轻微，滑环的电气磨损和机械磨损都很小；当碳刷为负极时，碳刷电气磨损小，机械磨损大，滑环的电气磨损、机械磨损都很大。 为了使磨损均匀一些，对于滑环，因为正环电流由碳刷流向滑环，碳刷正极性，滑环负极性，故正环磨损小；同理，负环磨损大，故两环极性应经常调换。各电厂大修时常倒换正、负环的连接电缆，就是这个道理。
当没有电流时，碳刷磨面上的粗硬粒子易嵌入滑环表面，引起较大的机械磨损，甚至引起摩擦振动。当流过电流时，碳刷磨面上的粗硬粒子被炸裂、粉化，沾在表面，减小摩擦，使机械磨损减小，并使碳刷运行十分平静。所以，在正常电流情况下，电流对减小机械磨损还有好处。但是，如果电流密度过大，则阳极蒸发严重，会使电气磨损加剧。而电气磨损加剧后，使滑环表面粗糙化，碳刷表面附着金属粉，机械损耗又会增加，所以通过碳刷的电流密度应有一个限度。 至于弹簧压力，对磨损也有影响。压力过小，碳刷和滑环表面接触不稳定，容易引起电弧，使电气磨损增大。压力过大，刷面的硬粒对滑环表面刮割严重，又会使机械磨损增加。因此，弹簧压力要适中。

ylp74

楼主好，讲了半天理论我也没有搞明白究竟是碳刷正极磨耗大还是负极磨耗大。真实的情况是这样的。我发两张图片，大家就知道了。同种电机，电压不同。请楼主分析一下。谢谢

lvwei1020

一般是阴极磨损严重。因为阳极通常是蒸发，而阴极则是粉化，粉化的东西是不耐磨的。另外你提供的两个照片不能代表什么，磨损差距大说明碳刷材质选的不好，磨损差距不大说明碳刷材质和工作状态匹配的比较好。这种磨损不一致的情况曾见过书本上建议用不同材质的碳刷解决的。

ylp74

楼主，我认为用电火花加工的极性效应来解析就容易理解了，因为正常情况下电气磨耗要远大于机械磨损。此类电机工作的情况均可以认为是宽脉冲加工，这样正极的离子总是轰击负极，对于换向器来讲碳刷的正极就一定比碳刷负极损耗小。但磨耗量和电机的电流及其他一些参数有关还与碳刷的材质相关。就如我发的照片中两个碳刷磨耗不大的 电流3.2A碳刷含铜量10%，而磨耗相差大的电流是7.5A碳刷含铜量40%(两个电机的转速相同)。在实际使用中几乎没有两个碳刷选用不同材料的，因为那样有太多的隐患，在现实生产中往往是保证电机能满足设计的寿命和参数要求就行了，碳刷磨耗的长短不一考虑的不多。

lzemg007

大型直流电机阴阳极磨损基本一样严重哦

samzhu99

好文章。大家分享

米兰的小铁匠

请问一下，同样的功率条件下，高电压低电流和高电流低电压那种情况碳刷磨损程度会更严重？  如何破解？

lvwei1020

郁闷的要死，好不容易敲了那么多字，就因为验证码错了，结果，没了。我厌恶验证码!!!

lvwei1020

米兰的小铁匠 发表于 2015-7-14 16:17
请问一下，同样的功率条件下，高电压低电流和高电流低电压那种情况碳刷磨损程度会更严重？  如何破解？

碳刷的磨损跟电流大小电压高低无关，不同状态得用不同的碳刷，不能用一样的，简单来说，碳刷要匹配的合适。碳刷的电阻率、硬度、抗折强度、气孔率、粘结剂、灰分、润滑剂、碳粉结构状态、工艺等等对碳刷的寿命都会有直接的影响。不能单独考虑。

米兰的小铁匠

lvwei1020 发表于 2015-7-16 11:54
碳刷的磨损跟电流大小电压高低无关，不同状态得用不同的碳刷，不能用一样的，简单来说，碳刷要匹配的合适 ...

我们现在在开发48V的直流电机，使用之前12V的电机碳刷后磨损相当严重。 48V，5A/ 12V，20A 功率相差不大。 相同的功率相同的电刷，48V的碳刷磨损要比12V的多几倍甚至十几倍。 为什么会出现这种情况？  如何破解请指教。

lvwei1020

米兰的小铁匠 发表于 2015-7-16 13:23
我们现在在开发48V的直流电机，使用之前12V的电机碳刷后磨损相当严重。 48V，5A/ 12V，20A 功率相差不大 ...

不同电压不可以用同样的碳刷，12v的电机碳刷铜含量肯定很高，太高的铜含量，降低了碳刷电阻，造成48v电机换向器上不能形成良好的氧化膜，电机寿命降低很正常。必须降低碳刷铜含量到合理范围。

minisum123

学习了，谢谢！！！

13983753737

有道理，分析很好