发电机碳刷和滑环之间磨损问题

 (1)纯机械磨损
    碳刷和滑环表面相接触,由于弹簧压力作用和材料弹性变形的缘故,使直接接触部分互相嵌入。当相对滑动时,当然有摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细软,则碳粉易被沾在滑环表面,使滑环成为具有亮滑的石磨镜面,碳刷的磨面也很光滑,两者的机械磨损都较小。但如果碳刷质量不佳,颗粒粗硬,或甚至含有少数如金刚砂之类的硬质颗粒,则必然会对滑环表面进行刮割,使后者出现金属光泽或纹路,碳刷本身磨面也会出现硬粒脱落后而划出的纹道,这就使机械磨损大大增加。

(2)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。