风电滑环碳刷磨损分析

　　碳刷和滑环间工作面的磨损有两种一是纯机械磨损;一是在电流作用下的电气磨损和机械磨损。

　　(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。