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    电机基础 | 单相串激电动机常用碳刷的性能和结构是什么?

    2022-04-22 17:14:10 143

    电刷在电动工具中通常称为碳刷,为单相串激电动机的一个部件,它在单相串激电动机中除了连通电枢与外电路之外,还起电流换向的作用。通过电刷与换向器组成了单相串激电动机薄弱而重要的环节。电刷和换向器之间不但存在着机械磨损和机械振动,而且在使用不当时会产生严重火花,这样会大大降低换向器的寿命,还将影响电动机的正常运转。因此,合理地选择电刷材料、尺寸和弹簧压力,对改善单相串激电动机的换向性能,延长其使用寿命将起到十分重要的作用。

    电刷的选择主要根据电刷的温升,换向器圆周线速度而定。电刷的温升与电刷的密度与换向器接触压降、机械损耗和电刷的导热性有关。圆周线速度过高易使电刷和换向器发热,火花增大,加剧电刷和换向器的磨损。

    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,不使换向器出现划痕、不平、烧灼、拉丝等

    2)具有良好的换向性能,使火花抑制在允许的范围内,并且能量损耗小;

    3)电刷运行时,不过热,噪音小,不破损,不变色,不烧灼;

    4)运行过程中,能够在换向器表面较快地形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜。


    1、电刷的性能

    (1)分类

      电刷一般按其胚料材质组成及工艺处理方法不同进行分类

      1)碳-石墨电刷类

      天然石墨电刷:此类电刷接触电压降较高,整流性能好,集流性能低于电化石墨电刷,润滑性能好,用于线速度较高的同步机滑环及交流绕线式电动机。

      树脂粘结剂石墨电刷:此类电刷的特点是电阻大,接触电压降高,换向性能好,抗氧化,抗磨性能均较理想,但电耗大,多用于交流整流子电动机。


      2)电化石墨电刷类

      石墨基电刷(软质电刷):其特点是摩擦系数低,润滑性能好,集流性能、热稳定性和抗氧化性能都好;用于线速度较高的大型同步发电动机和瞬间冲击负荷大的轧钢电动机,及中小型直流电动机。

      焦炭基电刷(中硬质电刷):其特点是接触电压降较大,形成氧化膜能力较好,换向性能好,有一定的集流性能,用于冲击负荷较大的轧钢电动机等及电压高于220V的一般直流电动机。

      碳墨基电刷(硬质电刷):此类电刷属于电化石墨电刷类的高阻电刷。其特点是电刷接触电阻大,换向性能好,用于换向困难的直流电动机,但结构疏松,摩擦系数大,此种电刷出厂前最好经过浸泽处理。


      3)金属石墨电刷类

      由金属和石墨组成,利用金属导电性好、石墨润滑性好的特点,调整金属及石墨的含量来改变电刷性能。特点是接触电压降、电阻系数和电损耗小,这种电刷主要用于低压大电流电动机、低压交流绕线式电动机和汽车电动机。


    总之,天然石墨电刷和电化石墨电刷电阻系数和电刷压降较大,比较耐磨,允许使用的线速度较高(可达50~70m/s).金属石墨电刷电阻系数和电刷压降较小,耐磨性能较差,允许使用的线速度较低,约15~35m/s.电动工具用电刷的材料主要采用电化石墨。


    (2)性能  

       电刷技术性能主要项目包括有电阻系数、硬度,一对电刷上的接触电压降,摩擦系数,50h 磨损等。电阻系数是衡量导电性能的一个物理量。230V时电刷电阻系数可以选大些,120V电刷电阻系数则要选小些,相同功率的电动机120V电动机电流比230V大,如果选相同的电阻率的电刷,则120V电动机的电刷易发热,刷握温度可能超差。 

    一对电刷的接触电压降就是电流流入电刷经过换向器再流到电刷的电位差。当电刷与换向器互相接触,并在外力作用下发生运动时在接触面产生的切向阻力,称为摩擦力。摩擦力与弹簧压力的比值,即为电刷与换向器摩擦系数。

       50h 磨损值:在规定的实验条件下,电刷在而定电流密度及规定单位压力下,换向器线速度为15m/s时,电刷磨50h的磨损量。


    2.电刷的结构

    石墨电刷装置按电刷在换向器或集电环上的安装方向为:径向式,后倾式和前倾式三种。如下图(a)~(c)

            

    碳刷装置的三种结构形式.jpg

     图1  碳刷装置的三种结构形式


    在常用的径向结构中,弹簧的加压方式也有不同。如图2所示,(a)为窝线盘簧,(b)为螺旋压簧,(c)为拉簧,这三种弹簧加压方式都是使弹簧压力直接作用在电刷上;(d)为杠杆压板式,其结构特点式弹簧压力不直接压到电刷上。


    径向电刷弹簧加压方式.jpg

     图2  径向电刷弹簧加压方式


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