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碳刷氣墊現象分析

  碳刷接觸弧面和滑環之間作高速相對滑動時,由于碳刷在刷盒內會有輕微晃動,因而碳刷弧面半徑略大于滑環弧面,在接觸面的滑入和滑出兩端形成楔形空間。如圖1所示,發電機在高速旋轉時,粘附于滑環表面上且隨之高速旋轉的空氣層進入滑入端楔形空間,對碳刷產生一個向上的揚力;而在接觸面滑出端的楔形空間,空氣同樣會粘附于滑環上被帶走,對碳刷的弧面造成氣吸現象,使碳刷受到一個向下的吸力。
  由于碳刷兩端受到了方向相反的兩個力的作用,且兩個力不在一條直線上,因而對碳刷產生轉動的力矩,使碳刷在刷握里出現歪斜,導致接觸面滑入端的楔形空間變大,滑出端的楔形空間則變小。這種情況下,向上的揚力大于向下的吸力,當差值大到克服彈簧壓力和電刷重力時,碳刷便會被被滑環帶入的空氣托起,在碳刷弧面與滑環之間形成一層很薄的氣膜,阻止滑環與碳刷之間的導電。 
  這種氣墊現象會受到接觸面光潔度的影響,表面越光滑,氣膜越容易形成,所以,無刷勵磁發電機轉子電壓測量碳刷經過一段時間的運行后,接觸弧面變得非常光滑,為氣墊現象創造了有利的條件。此外,電擊穿會破壞氣膜的形成,氣膜存在一個最低導通的電流值,即濕電流,當通過的電流大于濕電流值時,氣膜被擊穿,成導電狀態;而如果導通后電流小于濕電流,氣膜便不能被擊穿,處于絕緣狀態。對于靜態勵磁系統,通過碳刷的勵磁電流較大,碳刷與滑環之間很難形成穩定的氣膜,然而在無刷勵磁發電機上,情況則不一樣,因為碳刷的作用只是測量轉子電壓,通過的電流很小,不足以擊穿氣膜,所以氣墊現象便會發生。



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