碳刷的主要材料是纯碳。碳刷在运动过程中与滑环产生摩擦,在摩擦过程中会有一定的热量产生。长期使用后,碳刷表面会有烧损、烤糊、断裂、煤化等现象。这些问题将导致碳刷寿命的缩短,并可能给发动机带来严重的损坏。
发动机每次启动都需要碳刷给发动机电机提供电力。由于碳刷的工作原理,会在每次启动时产生少量火花,如果碳刷过旧,这些火花可能会形成弧光,在弧光产生过程中可能会对发动机产生损坏,甚至导致火灾。
电机运行时所产生火花的形态,通常分为点状火花(很微弱且不连续);粒状火花(较点状火花大,亮度也较点状火花强);火球状火花(在碳刷滑出边上停留或浮动的红色或白色的明亮球状火花);火舌状火花(在碳刷滑出时,火花拖长,有短火苗,一般为红色);爆鸣状火花(火花明亮,有较大的放电声响);飞溅状火花(火舌拖出较长,有火星飞越现象);环火状火花(碳刷滑出边火花拖长并附在换向器表面形成环火,严重时形成正负刷架间的弧光短路)。
金属石墨 该类碳刷的主要材料是电解铜和石墨。根据使用需要有时也采用银粉(精密仪器上用的,非常贵)、铝粉、铅粉等其他金属,这些碳刷里面又有含黏结剂和不含黏结剂之分。这类碳刷既有石墨的摩擦特性又有金属的高导电性,因此,适用于高负荷和换向要求不高的低电压电机(如汽车启动马达等)。其圆周速度不超过30米/秒。
为保障电机的正常运行,正确选择碳刷型号是十分重要的,由于制造碳刷时所选用的原材料和工艺不同,其技术性能也有差异。因此在选择碳刷时,应该综合考虑碳刷的性能和电机对碳刷的要求。碳刷下边缘距整流子表面的距离应该保持在2毫米左右。如距离过小,刷握容易触伤换向器,距离过大,碳刷易颤动而导致破损。
为了使碳刷与换向器接触良好,新碳刷应该进行磨弧度,磨弧度一般在电机上进行。在碳刷与换向器之间放置一件细玻璃砂纸,在正常的弹簧压力下,沿电机旋转方向研磨碳刷,砂纸应该尽量粘紧换向器,直至碳刷弧面吻合,然后取下砂纸,用压缩空气吹净粉尘,再用软布擦拭干净。研磨碳刷不宜采用金刚砂纸,以防金刚砂颗粒嵌入换向器槽内,在电机运行时,擦伤碳刷和换向器表面。磨弧后,电机先20-30%以负荷运转数小时,使碳刷和换向器磨合,并建立均匀的氧化薄膜。再逐步提高电流至额定负荷。
碳刷的主要材料石墨,石墨属于自然元素,其主要成分是碳,颜色为黑色,不透明,具有半金属光泽,硬度不高,用指甲都能抠动,石墨与钻石的成分都是碳,但性质却有很大的区别,这是由于碳原子的排列结构不同造成的。石墨虽然成分为碳,但它是一种耐高温的材料,它的熔点到达3652℃,利用这种耐高温的特性,可以将石墨加工成耐高温的化学器具坩埚。
电动工具上的碳刷材料如何选择: 1)对于交流电机 a.功率小的,换向困难的电机,一般采用树脂石墨型材料,它具有很好的阻尼及润滑特性; b.功率大的电机,一般选用沥青石墨型材料,它具有很好的滑动性能,适用高电流密度; 2)对于直流电机 一般选用金属石墨材料。
碳刷在交流电设备上也有使用,交流电机碳刷与直流电机碳刷形状和材质是一样的,交流电机中是绕线转子而且需要变速的,才需要碳刷,如我们常用的手电钻,抛光机也需要常换碳刷,它的作用也非常重要。