ما هي فرشاة الكربون في المحرك؟

تعد فرشاة الكربون مكونًا رئيسيًا في المحرك، وهي مصنوعة بشكل أساسي من الجرافيت والمسحوق المعدني والمواد الرابطة وهي عبارة عن هيكل ممتلئ. إنه يلعب دورًا لا غنى عنه في تشغيل المحرك، من خلال الاتصال الوثيق مع المبدل أو حلقة التجميع. لتحقيق وظيفة التوصيل والتبديل الحالية، لضمان التشغيل المستقر للمحرك.

المظهر والتركيب الأساسي لفرشاة الكربون

المظهر والشكل

عادةً ما يكون مظهر فرشاة الكربون عبارة عن جسم كتلة، ويكون شكلها في الغالب مكعّب أو مكعب. يختلف حجمها حسب نوع وقوة المحرك. بشكل عام، قد يكون طول الفرشاة الكربونية للمحرك الصغير بضعة سنتيمترات فقط. وتكون الفرشاة الكربونية التي تستخدمها المحركات الكبيرة كبيرة نسبيًا، وقد يصل طولها إلى عشرة سنتيمترات أو حتى أطول. وتكون أعرض وأسمك. وعادة ما يكون طرفا فرشاة الكربون مسطحين. وهذا لتحسين الاتصال مع المبدل أو حلقة التجميع في المحرك لضمان التوصيل المستقر للتيار. في جزء الزاوية، تقوم بعض فرش الكربون ببعض المعالجة الدائرية. يمكن أن يقلل من تآكل الأجزاء الأخرى أثناء تشغيل المحرك.

تركيبة مادة فرشاة الكربون

تتكون فرشاة الكربون بشكل أساسي من الجرافيتوالمسحوق المعدني والمادة الرابطة. الجرافيت هو المكون الرئيسي للفرشاة الكربونية، التي تتمتع بتوصيل كهربائي جيد وتزييت ذاتي. يسمح هذا التشحيم الذاتي للفرشاة الكربونية بتقليل الاحتكاك والتآكل عندما تتلامس مع الأجزاء الدوارة داخل المحرك. ويضيف مساحيق معدنية لتعزيز التوصيل الكهربائي ومقاومة التآكل لفرشاة الكربون. ويتمثل دور المادة الرابطة في دمج الجرافيت والمسحوق المعدني معًا بإحكام. بحيث لا تتفكك فرشاة الكربون أثناء تشغيل المحرك بسبب القوى الخارجية مثل قوة الطرد المركزي وقوة الاحتكاك. وضمان السلامة الهيكلية لفرشاة الكربون.

 موضع فرشاة الكربون ووظيفتها في المحرك

موضع التركيب

يتم تثبيت فرشاة الكربون على حامل فرشاة المحرك. ويتم تثبيت حامل الفرشاة بشكل عام في الجزء الثابت من المحرك. في الموضع، تكون الفرشاة الكربونية بالقرب من مبدل المحرك (لمحركات التيار المستمر) أو حلقة التجميع (لمحركات التيار المتردد). علاوة على ذلك، من خلال جهاز الزنبرك الخاص بحامل الفرشاة، يمكنك تطبيق فرشاة الكربون على ضغط معين. بحيث يمكن ربطها بإحكام على سطح المبدل أو حلقة التجميع. حالة التثبيت المحكم هذه هي المفتاح لضمان التشغيل العادي للمحرك.

تأثير التوصيل الحالي

الدور الأساسي لفرش الكربون هو توصيل التيار. عند تشغيل المحرك، ينتقل التيار من مصدر الطاقة الخارجي عبر السلك إلى فرشاة الكربون. ثم تمرر الكهرباء إلى لفات المحرك (في محركات التيار المستمر) أو لفات الدوار (في محركات التيار المتردد).

وظيفة فرشاة الكربون

بالإضافة إلى توصيل التيار، فإن فرش الكربون لها وظائف مهمة أخرى في المحرك. في محرك التيار المستمر, فرشاة الكربون ويتعاون المبدل والمبدل لتحقيق وظيفة التبديل. ستقوم فرشاة الكربون بتغيير اتجاه التيار في لف حديد التسليح. بحيث يظل اتجاه القوة الكهرومغناطيسية التي يتلقاها لف حديد التسليح دون تغيير. وذلك لضمان استمرار المحرك في الدوران بثبات.

في محرك التيار المتردد، تتمثل وظيفة فرشاة الكربون بشكل أساسي في ضمان إمكانية إدخال التيار بثبات في لف الدوار، والحفاظ على التفاعل الفعال بين المجال المغناطيسي والدوار. وضمان التشغيل العادي للمحرك.

أنواع فرشاة الكربون

يمكن تصنيف فرش الكربون وفقاً لمعايير مختلفة.

وفقًا لتصنيف تركيبة المواد، توجد فرشاة كربون جرافيت وفرشاة كربون جرافيت معدنية وفرشاة كربون جرافيت كهروكيميائية. فرشاة كربون الجرافيت مع الجرافيت الطبيعي كمادة خام رئيسية، فإن تشحيمها الذاتي جيد. إنها مناسبة لبعض المتطلبات الحالية ليست عالية، محرك منخفض السرعة، مثل محرك المروحة الصغيرة. تحتوي فرشاة الكربون الجرافيت المعدنية على المزيد من المكونات المعدنية، وقدرة حمل تيار قوية. يمكنك استخدامه غالبًا في المحركات ذات التيار العالي والسرعة المنخفضة، مثل محرك التيار المستمر الصناعي الكبير. فرشاة الكربون الجرافيت الكهروكيميائية الكربونية هي فرشاة اصطناعية، وأداؤها الشامل أفضل. ويمكنك استخدامها على نطاق واسع في المحركات الصناعية العامة.

وفقًا لنوع محرك التطبيق، توجد فرشاة كربون بمحرك تيار مستمر وفرشاة كربون بمحرك تيار متردد. محرك تيار مستمر تحتاج فرشاة الكربون إلى أداء تبديل جيد. بينما تولي الفرشاة الكربونية لمحرك التيار المتردد مزيدًا من الاهتمام لنقل التيار المستقر والتلامس الجيد مع حلقة التجميع.

بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لبيئة العمل المختلفة ، يمكن أيضًا تقسيمها إلى فرشاة كربون مقاومة لدرجات الحرارة العالية وفرشاة كربون مقاومة للرطوبة وفرشاة كربون مقاومة للغبار. يمكن أن تعمل الفرشاة الكربونية المقاومة لدرجات الحرارة العالية بشكل طبيعي في بيئة درجة حرارة عالية. فرشاة الكربون المقاومة للرطوبة مناسبة لبيئة الرطوبة العالية. ويمكن للفرشاة الكربونية المقاومة للغبار أن تضمن التشغيل الطبيعي للمحرك في بيئة غبار أكثر.

مبدأ عمل فرشاة الكربون

مبدأ الاستبدال

في محركات التيار المستمر، يعد مبدأ التبديل جزءًا أساسيًا من عمل فرشاة الكربون. عندما يدور المحرك، يجب تغيير اتجاه التيار في لف المحرك باستمرار لضمان استمرار دوران المحرك. يحقق الجمع بين فرشاة الكربون ومبدل التيار هذه العملية. يتكون المبدل من عدد وافر من المبدلات المعزولة. أثناء دوران المحرك، تلامس الفرشاة الكربونية مقومات العزل المختلفة بدورها. وعندما تنزلق الفرشاة الكربونية من مبدل إلى مبدل آخر، فإنها تغير اتجاه التيار في لف المحرك.

الحث الكهرومغناطيسي وتحويل الطاقة

عندما يدخل التيار إلى لف حديد التسليح (أو لف الدوار) من خلال فرشاة الكربون، سيتم توليد القوة الكهرومغناطيسية في الملف تحت تأثير المجال المغناطيسي. وهذه القوة الكهرومغناطيسية ستدفع دوار المحرك للدوران. وذلك لتحقيق تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. في نفس الوقت، أثناء عملية دوران المحرك، فإن لف المحرك (أو لف الدوار) سيقطع خط المجال المغناطيسي. ووفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي، سيتم توليد القوة الدافعة الكهربائية المستحثة. ويكون اتجاه هذه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة معاكساً لاتجاه جهد الإمداد المطبق. وتسمى القوة الدافعة الكهربائية الخلفية. يتم تغذية القوة الدافعة الكهربائية الخلفية مرة أخرى إلى مصدر الطاقة من خلال فرشاة الكربون لإكمال عملية تحويل ونقل الطاقة بالكامل.

مواصفات فرشاة الكربون

تحتوي فرش الكربون على العديد من مؤشرات الأداء الرئيسية، بما في ذلك انخفاض ضغط التلامس ومعامل الاحتكاك ومعدل التآكل وكثافة التيار.

ويعكس انخفاض جهد التلامس مقاومة التلامس بين فرشاة الكربون ومبدل التيار (أو حلقة التجميع). وكلما كان انخفاض جهد التلامس أصغر. كلما قل فقدان الطاقة أثناء نقل التيار وزادت كفاءة المحرك.

يؤثر معامل الاحتكاك بشكل مباشر على تآكل فرشاة الكربون ومقاومة تشغيل المحرك. ويمكن لمعامل الاحتكاك المنخفض أن يقلل من تآكل فرشاة الكربون، ويطيل من عمر الخدمة. ويقلل أيضًا من استهلاك الطاقة وتسخين المحرك.

يعد معدل التآكل مؤشرًا مهمًا لقياس عمر خدمة فرشاة الكربون. ويمكن للفرشاة الكربونية ذات معدل التآكل المنخفض أن تحافظ على الأداء الجيد لفترة طويلة. مما يقلل من تكلفة الصيانة ووقت تعطل المحرك.

تمثل كثافة التيار حجم التيار الذي يمكن أن تتحمله فرشاة الكربون لكل وحدة مساحة. بالنسبة للمحركات ذات التيار العالي، من الضروري اختيار فرشاة كربون ذات كثافة تيار أعلى لضمان قدرتها على العمل بثبات.

مزايا أداء فراشي الكربون

تتميز فرش الكربون بالعديد من مزايا الأداء. أولاً وقبل كل شيء، يمكن لتوصيلها الكهربائي الجيد أن يقلل بشكل فعال من فقدان الطاقة للمحرك ويحسن كفاءة تشغيل المحرك. ثانيًا، يمكن للتشحيم الذاتي للفرشاة الكربونية أن يقلل من الاحتكاك والتآكل بينها وبين المبدل (أو حلقة التجميع). إنه لا يطيل من عمر الخدمة الخاص به فحسب، بل يقلل أيضًا من تلف المبدل (أو حلقة التجميع).

علاوة على ذلك، تتمتع فرشاة الكربون بقوة ميكانيكية عالية وثبات. ويمكن أن تتكيف مع قوة الطرد المركزي والاهتزازات الناتجة عن المحرك بسرعة عالية. وكذلك الضغوط المختلفة في ظل ظروف معقدة، لضمان أن المحرك يمكن أن يعمل بشكل موثوق في ظل ظروف عمل مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع فرشاة الكربون بقدرة قوية على التكيف مع سطح المبدل (أو حلقة التجميع). يمكنها ضبط الملاءمة تلقائيًا بين أجزاء التلامس إلى حد معين. ضمان استقرار التلامس الكهربائي. وتقليل الفشل الناجم عن سوء الاتصال، مثل الاشتعال والتسخين.

الأعطال الشائعة في فراشي الكربون وصيانتها

أنواع الأعطال الشائعة

تآكل مفرط: يتم تقصير طول الفرشاة الكربونية بشكل كبير، مما يؤدي إلى ضعف التلامس مع المبدل (أو حلقة التجميع). انخفاض أداء المحرك، وفشل في بدء التشغيل أو توقفه في الحالات الخطيرة.

ظاهرة الشرارة: يتلألأ جزء التلامس بين فرشاة الكربون ومُبدِّل التيار (أو حلقة التجميع). وهذا يسرع من تآكل فرشاة الكربون، ويؤثر على استقرار وكفاءة المحرك. وقد يؤدي حتى إلى حدوث ماس كهربائي.

تلامس ضعيف: بسبب عدم كفاية ضغط نابض الفرشاة الكربوني أو قبضة الفرشاة الرخوة أو الزيت و طبقة الأكسيد على سطح المبدل (أو حلقة التجميع)، يتم حظر انتقال التيار. سرعة المحرك غير مستقرة، وتزيد من درجة التسخين.

تدابير الصيانة

افحص تآكل فرشاة الكربون بانتظام، واستبدلها في الوقت المناسب عندما يتآكل طولها الأصلي 1/3-1/2. واختر نفس طراز ومواصفات المنتج لضمان التركيب الصحيح.

حافظ على نظافة سطح فرشاة الكربون والعاكس (أو حلقة التجميع). قم بتنظيف الزيت والغبار والشوائب بانتظام، ويمكن استخدام ورق الصنفرة أو أدوات خاصة لتلميع طبقة الأكسيد برفق.

افحص ضغط ومرونة نابض فرشاة الكربون، واضبط الموضع أو استبدل النابض إذا كان غير كافٍ. وشدّ قبضة الفرشاة لمنع فرشاة الكربون من التحرك والاهتزاز.

الخاتمة

مع التطوير المستمر لتكنولوجيا المحركات، ستصبح متطلبات أداء الفرشاة الكربونية أعلى وأعلى. وسيكون الاتجاه البحثي المستقبلي لفرشاة الكربون هو زيادة تحسين التوصيل الكهربائي، وتقليل معدل التآكل، وتحسين أداء التبديل وتعزيز القدرة على التكيف البيئي. وذلك لتلبية احتياجات أداء المحرك بشكل أفضل.