1 电机运行中电刷常见故障
1.1 电刷选用不当，材质过硬或过软，使电刷滑动接触性差，破坏换向器表面状态，造成换向不良。
2013 年底返厂修电机 YZ134A 故障状态为：换向器非正常磨损、换向器面拉成沟槽、刷盒变形，造成批量环火返工。
1.2 电机运行环境恶劣，换向器表面氧化膜形成不好，换向器表面发黑、斑点、异物等造成换向器表面粗糙度超标，换向恶化。我公司出口巴基斯坦 ZD126 系列牵引电机，运行条件比较恶劣，电机运行环境灰尘较大，造成电刷与换向器磨损异常，换向器与电刷之间无法形成良好的氧化膜， 导致换向状态欠佳。过载使用，电机长时间在大电流条件下运行，电刷超过允许的电流密度，使电刷与换向器温度过高，换向不良引发大量环火。
1.3 刷架装置及电刷其他附件质量问题。在电机装配及修理过程中有飞弧环氧化、刷盒压指压力不均匀、电刷型号混用、电刷与刷盒间隙不适、电刷掉角，电刷磨损、电刷脱辫，刷杆开裂等一系列故障。
2 电刷运行常见故障原因分析
从以上电机电刷常见故障引发电机换向不良，大多数会引起环火，从而使换向器及电刷状态继续恶化，形成恶性循环，严重时甚至造成电机烧损，归纳电刷故障原因及处理方法见表 1
表 1 电刷运行中常见故障与处理方法
3 电刷选用
为了适应机车牵引电机的特点，从适合电机运行要求和提高换向性能方面考虑，电刷品质应满足以下基本要求：（1）电刷换向性能好，有较高的电阻率及接触压降；（2）电刷过载能力强，有良好的散热性能；（3）电刷润滑性好，有较强的成膜能力；（4）电刷自身磨损小，抗磨能力强，噪音低。在选择电刷满足相应要求的同时，还需考虑机车电机振动大的因素，满足一定的机械强度。
4 电刷安装
多年来装配经验表明，即使电刷选用正确，如果安装不当，同样不能获得满意的换向效果。
4.1 电刷安装的基本要求。电机电刷安装的正确与否直接关系到电刷的工作状态，从而影响电机的性能。电刷安装参数有如下（但不限于）：
1) 电刷的位置。牵引电机电刷应位于电机的中性线上，在装配过程中，应认真检查电机刷圈装置，检查刷圈定位止铁，涨圈螺栓有无松动，使电刷位于中性线上， 不要轻易移动刷圈。
2) 电刷与换向器的接触面积。电刷应全部处于换向器工作面上，电刷与换向器的接触面积应不少于电刷截面积的 75％，否则就要用砂纸打磨电刷，使其接触面积符合要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆研究表明，电刷和换向器之间的滑动接触面实际上是许多直接接触点的总和，这种接触点的总接触面积只占电刷表面的一部分；接触点之问形成一个楔型空间，该空间一部分被粘附在换向器表面上的碳粉及金属粉末所填充，其余部分为气隙。当电机电流较小时，电刷接触面上的电流主要通过直接接触点来传导，接触电压降基本随着电流密度成正比增加，当电机平均电流密度达 10 ～ 15 A/cm2 时，接触点上的电流密度可达 1000 A/cm2 以上，接触点温度上升，产生火花和电弧灼伤换向器表面，使之变得粗糙，进而使机械火花增多。若长时间与电刷上高温的接触点接触，还会造成换向器温度升高，进而使转子绕组焊锡熔化，引起绕组匝间短路或断路，导致电机转子出现接地、放炮、刷架系统烧损等严重故障。
3) 刷盒和换向器之间的尺寸要求。刷握和换向器垂直距离过大造成电刷前部剪切力大，会产生顶角现象，破碎的电刷会形成导电桥，在电机运行过程中产生环火， 严重的可能烧损电机；垂直距离过小，电刷振动加大，接触不稳定，刷下易产生火花，且积聚的热量不易散发，会引起刷握变形和电刷卡滞，进而发生环火，烧损电机。而电机刷握轴向、径向安装偏差过大，电刷和换向器易发生偏磨，电刷也可能产生顶角和卡滞现象，影响电机性能。
4) 电刷和刷盒的间隙。电刷应能在刷握内自由移动，没有卡滞现象，间隙过小，电刷在刷握内移动困难，会使磨耗增加，引起发热，换向困难；间隙过大，会造成电刷在刷握内晃动。使电刷和换向器接触不稳定。
5) 电刷压力。电刷压力是否合适对电机的寿命影响很大，压力过小，会使电刷和换向器接触不密贴，致使二者工作面产生火花，灼烧换向器；压力过大，将加速电刷和换向器的磨损，降低二者的使用寿命。在日常检修过程中，规定各电刷的压力差不大于 25％。这是因为同样的碳刷，压力大的电刷与换向器的接触电阻小，流过的电流负荷大，产生的热量多，易引起电刷脱辫或卡滞，进而引起严重后果。
6) 电刷长度。电刷太短会造成电刷压力太小，甚至悬空，引起刷下火花，进而造成电机环火。不同牌号的电刷刷辫埋入深浅不一，亦造成刷辫拉伤换向器故障，因此，运用机车电刷长度不能短过寿命线 。
4.2 电刷安装分析。电刷的截面是平面，而换向器的表面是圆柱面，电刷在弹簧压指的作用下压靠在换向器表面上，当电机转动时，由于电刷质地较换向器松软，电刷被换向器沿周向 ( 亦即电刷厚度方向 ) 磨成圆弧面。这个圆弧面是以电刷与换向器最初接触处为中心向两边扩展的，根据多年现场观察发现，如果最初的接触是在电刷厚度的中央且平行于换向器中（下转第 318 页）（上接第 264 页）心轴线的直线上，电机运转时，很快使之向两边扩展而将电刷的截面全部磨到且看不见火花，否则不然。所以，只要使电刷与换向器最初的接触处于电刷厚度中央，且平行于换向器轴心线的直线，即可保证电刷和换向器接触面积符合线接触要求，且此种磨损过程不会对换向器造成伤害。
5 结束语
正确的选择和使用电刷，时保证电机正常运行与换向的重要条件。当然，电机运行情况是否良好主要取决于电机设计及制造工艺过程。为了改善电机换向性能， 设计采取过增加补偿绕组、换向极等一系列有效措施。尽管如此，电刷引起的换向故障仍是直脉流电机运行故障的主要问题之一。因此电刷的正确选用与安装是必不可少的。
参考文献：
[1] 汤蕴璆 .《电机学》（第 4 版），机械工业出版社，2011.
[2] 电机工程手册编辑组 电机工程手册，机械工业出版社，1978.
[3] 沈本荫主编 . 牵引电机 . 西南交通大学 .
论文作者:段鹏敏 常青龙 张娟 李晓波
论文发表刊物:《红地产》2017年9月
论文发表时间:2018/9/3
标签：电刷论文; 换向器论文; 电机论文; 电流论文; 磨损论文; 表面论文; 故障论文; 《红地产》2017年9月论文;