碳刷接觸弧面和滑環(huán)之間作高速相對滑動時,由于碳刷在刷盒內(nèi)會有輕微晃動,因而碳刷弧面半徑略大于滑環(huán)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(fā)電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時,粘附于滑環(huán)表面上且隨之高速旋轉(zhuǎn)的空氣層進(jìn)入滑入端楔形空間,對碳刷產(chǎn)生一個向上的揚(yáng)力;而在接觸面滑出端的楔形空間,空氣同樣會粘附于滑環(huán)上被帶走,對碳刷的弧面造成氣吸現(xiàn)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(chǎn)生轉(zhuǎn)動的力矩,使碳刷在刷握里出現(xiàn)歪斜,導(dǎo)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(yáng)力大于向下的吸力,當(dāng)差值大到克服彈簧壓力和電刷重力時,碳刷便會被被滑環(huán)帶入的空氣托起,在碳刷弧面與滑環(huán)之間形成一層很薄的氣膜,阻止滑環(huán)與碳刷之間的導(dǎo)電。
這種氣墊現(xiàn)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(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓測量碳刷經(jīng)過一段時間的運(yùn)行后,接觸弧面變得非常光滑,為氣墊現(xiàn)象創(chuàng)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(dǎo)通的電流值,即濕電流,當(dāng)通過的電流大于濕電流值時,氣膜被擊穿,成導(dǎo)電狀態(tài);而如果導(dǎo)通后電流小于濕電流,氣膜便不能被擊穿,處于絕緣狀態(tài)。對于靜態(tài)勵磁系統(tǒng),通過碳刷的勵磁電流較大,碳刷與滑環(huán)之間很難形成穩(wěn)定的氣膜,然而在無刷勵磁發(fā)電機(jī)上,情況則不一樣,因為碳刷的作用只是測量轉(zhuǎn)子電壓,通過的電流很小,不足以擊穿氣膜,所以氣墊現(xiàn)象便會發(fā)生。