Τι είναι η βούρτσα άνθρακα στον κινητήρα;

Η βούρτσα άνθρακα είναι ένα βασικό συστατικό του κινητήρα, κατασκευασμένο κυρίως από γραφίτη, μεταλλική σκόνη και συνδετικό υλικό, έχει μπλοκώδη δομή. Παίζει απαραίτητο ρόλο στη λειτουργία του κινητήρα, μέσω στενής επαφής με τον μεταγωγέα ή τον δακτύλιο συλλέκτη. Για να επιτευχθεί η λειτουργία αγωγής ρεύματος και μεταγωγής, για να εξασφαλιστεί η σταθερή λειτουργία του κινητήρα.

Εμφάνιση και βασική σύνθεση της βούρτσας άνθρακα

Εμφάνιση και μορφή

Η εμφάνιση της βούρτσας άνθρακα είναι συνήθως ένα αντικείμενο από μπλοκ και το σχήμα είναι κυρίως κυβοειδές ή κύβος. Το μέγεθός της ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο και την ισχύ του κινητήρα. Γενικά, η βούρτσα άνθρακα ενός μικρού κινητήρα μπορεί να έχει μήκος μόνο μερικά εκατοστά. Η βούρτσα άνθρακα που χρησιμοποιείται από μεγάλους κινητήρες θα είναι σχετικά μεγάλη, το μήκος της μπορεί να φτάσει τα δέκα εκατοστά ή και περισσότερο. Και είναι ευρύτερη και παχύτερη. Τα δύο άκρα της βούρτσας άνθρακα είναι συνήθως επίπεδα. Αυτό γίνεται για την καλύτερη επαφή με τον μεταγωγέα ή τον δακτύλιο συλλέκτη στον κινητήρα, ώστε να εξασφαλίζεται η σταθερή αγωγή του ρεύματος. Στο γωνιακό τμήμα, ορισμένες βούρτσες άνθρακα θα κάνουν κάποια στρογγυλή επεξεργασία. Αυτό μπορεί να μειώσει τη φθορά άλλων εξαρτημάτων κατά τη λειτουργία του κινητήρα.

Σύνθεση υλικού βούρτσας άνθρακα

Η βούρτσα άνθρακα αποτελείται κυρίως από γραφίτης, μεταλλική σκόνη και συνδετικό υλικό. Ο γραφίτης είναι το κύριο συστατικό της βούρτσας άνθρακα, η οποία έχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και αυτολίπανση. Αυτή η αυτολίπανση επιτρέπει στη βούρτσα άνθρακα να μειώνει την τριβή και τη φθορά όταν έρχεται σε επαφή με τα περιστρεφόμενα μέρη στο εσωτερικό του κινητήρα. Προστίθενται μεταλλικές σκόνες για την ενίσχυση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της αντοχής στη φθορά της βούρτσας άνθρακα. Ο ρόλος του συνδετικού υλικού είναι να συνδυάζει σταθερά τον γραφίτη και τη μεταλλική σκόνη μεταξύ τους. Έτσι ώστε η βούρτσα άνθρακα να μην αποσυντίθεται κατά τη λειτουργία του κινητήρα λόγω εξωτερικών δυνάμεων όπως η φυγόκεντρος δύναμη και η δύναμη τριβής. Και να διασφαλίζεται η δομική ακεραιότητα της βούρτσας άνθρακα.

 Θέση και λειτουργία της βούρτσας άνθρακα στον κινητήρα

Θέση εγκατάστασης

Η βούρτσα άνθρακα είναι τοποθετημένη στο στήριγμα της βούρτσας του κινητήρα. Και η υποδοχή της βούρτσας είναι γενικά στερεωμένη στο τμήμα του στάτη του κινητήρα. Στη θέση της, η βούρτσα άνθρακα βρίσκεται κοντά στον μεταγωγέα του κινητήρα (για κινητήρες συνεχούς ρεύματος) ή στον δακτύλιο συλλέκτη (για κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος). Επιπλέον, μέσω της διάταξης ελατηρίου της υποδοχής βουρτσών, μπορείτε να ασκήσετε στη βούρτσα άνθρακα μια ορισμένη πίεση. Έτσι ώστε να μπορεί να προσκολληθεί σφιχτά στην επιφάνεια του μεταγωγέα ή του δακτυλίου συλλέκτη. Αυτή η κατάσταση στεγανής προσαρμογής είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της κανονικής λειτουργίας του κινητήρα.

Επίδραση αγωγής ρεύματος

Ο βασικότερος ρόλος των βουρτσών άνθρακα είναι η αγωγή του ρεύματος. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, το ρεύμα από την εξωτερική παροχή ρεύματος μεταδίδεται μέσω του καλωδίου στην ανθρακική ψήκτρα. Στη συνέχεια μεταφέρει το ρεύμα στο τύλιγμα του οπλισμού του κινητήρα (στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος) ή στο τύλιγμα του δρομέα (στους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος).

Λειτουργία βούρτσας άνθρακα

Εκτός από την αγωγή ρεύματος, οι ψήκτρες άνθρακα έχουν και άλλες σημαντικές λειτουργίες στον κινητήρα. Στον κινητήρα συνεχούς ρεύματος, βούρτσα άνθρακα και ο μεταγωγέας συνεργάζονται για την επίτευξη της λειτουργίας μεταγωγής. Η βούρτσα άνθρακα θα αλλάξει την κατεύθυνση του ρεύματος στην περιέλιξη του οπλισμού. Έτσι, η κατεύθυνση της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης που δέχεται η περιέλιξη του οπλισμού παραμένει αμετάβλητη. Έτσι ώστε να διασφαλίζεται ότι ο κινητήρας μπορεί να συνεχίσει να περιστρέφεται σταθερά.

Στον κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος, η λειτουργία της βούρτσας άνθρακα είναι κυρίως να διασφαλίζει ότι το ρεύμα μπορεί να εισαχθεί σταθερά στην περιέλιξη του δρομέα, διατηρώντας την αποτελεσματική αλληλεπίδραση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και του δρομέα. Και να διασφαλίζει την κανονική λειτουργία του κινητήρα.

Τύποι βούρτσας άνθρακα

Οι βούρτσες άνθρακα μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διάφορα κριτήρια.

Σύμφωνα με την ταξινόμηση της σύνθεσης του υλικού, υπάρχουν βούρτσα άνθρακα γραφίτη, βούρτσα άνθρακα γραφίτη μετάλλου και βούρτσα άνθρακα ηλεκτροχημικού γραφίτη. Βούρτσα άνθρακα γραφίτη με φυσικός γραφίτης ως κύρια πρώτη ύλη, η αυτολίπανσή του είναι καλή. Είναι κατάλληλο για ορισμένες τρέχουσες απαιτήσεις δεν είναι υψηλές, χαμηλής ταχύτητας κινητήρα, όπως ο μικρός κινητήρας ανεμιστήρα. Η μεταλλική βούρτσα άνθρακα γραφίτη περιέχει περισσότερα μεταλλικά στοιχεία, ισχυρή ικανότητα μεταφοράς ρεύματος. Μπορείτε συχνά να τη χρησιμοποιήσετε σε κινητήρα υψηλού ρεύματος, χαμηλής ταχύτητας, όπως ο μεγάλος βιομηχανικός κινητήρας συνεχούς ρεύματος. Η ηλεκτροχημική βούρτσα άνθρακα γραφίτη είναι συνθετική, η συνολική της απόδοση είναι καλύτερη. Και μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε ευρέως σε γενικούς βιομηχανικούς κινητήρες.

Ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα εφαρμογής, υπάρχουν ψήκτρες άνθρακα για κινητήρες συνεχούς ρεύματος και ψήκτρες άνθρακα για κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Κινητήρας DC η βούρτσα άνθρακα πρέπει να έχει καλή απόδοση μεταγωγής. Ενώ η βούρτσα άνθρακα κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος δίνει μεγαλύτερη προσοχή στη σταθερή μετάδοση ρεύματος και στην καλή επαφή με το δακτύλιο συλλέκτη.

Επιπλέον, ανάλογα με το διαφορετικό περιβάλλον εργασίας, μπορεί επίσης να χωριστεί σε βούρτσα άνθρακα ανθεκτική σε υψηλή θερμοκρασία, βούρτσα άνθρακα ανθεκτική στην υγρασία και βούρτσα άνθρακα ανθεκτική στη σκόνη. Η βούρτσα άνθρακα ανθεκτική σε υψηλή θερμοκρασία μπορεί να λειτουργήσει κανονικά σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας. Η βούρτσα άνθρακα ανθεκτική στην υγρασία είναι κατάλληλη για περιβάλλον με υψηλή υγρασία. Και η ανθεκτική στη σκόνη βούρτσα άνθρακα μπορεί να εξασφαλίσει την κανονική λειτουργία του κινητήρα σε περιβάλλον με περισσότερη σκόνη.

Αρχή λειτουργίας της βούρτσας άνθρακα

Αρχή της μετατροπής

Στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος, η αρχή της μεταγωγής αποτελεί βασικό μέρος της λειτουργίας της βούρτσας άνθρακα. Όταν ο οπλισμός του κινητήρα περιστρέφεται, η κατεύθυνση του ρεύματος στο τύλιγμα του οπλισμού πρέπει να αλλάζει συνεχώς, ώστε να εξασφαλίζεται η συνεχής περιστροφή του κινητήρα. Ο συνδυασμός της ανθρακικής βούρτσας και του μεταγωγέα επιτυγχάνει αυτή τη διαδικασία. Ο μεταγωγέας αποτελείται από ένα πλήθος μονωμένων μεταγωγέων. Καθώς ο οπλισμός περιστρέφεται, η βούρτσα άνθρακα αγγίζει με τη σειρά της τους διάφορους μεταγωγείς. Όταν η βούρτσα άνθρακα ολισθαίνει από έναν κομμουτατέρ σε έναν άλλο κομμουτατέρ, θα αλλάξει την κατεύθυνση του ρεύματος στην περιέλιξη του οπλισμού.

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και μετατροπή ενέργειας

Όταν το ρεύμα εισέρχεται στο τύλιγμα του οπλισμού (ή στο τύλιγμα του δρομέα) μέσω της βούρτσας άνθρακα, η ηλεκτρομαγνητική δύναμη θα δημιουργηθεί στο τύλιγμα υπό τη δράση του μαγνητικού πεδίου. Και αυτή η ηλεκτρομαγνητική δύναμη θα οδηγήσει τον ρότορα του κινητήρα σε περιστροφή. Έτσι επιτυγχάνεται η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Ταυτόχρονα, κατά τη διαδικασία περιστροφής του κινητήρα, το τύλιγμα του οπλισμού (ή το τύλιγμα του ρότορα) θα κόψει τη γραμμή του μαγνητικού πεδίου. Και σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, θα δημιουργηθεί η επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη. Η κατεύθυνση αυτής της επαγόμενης ηλεκτροκινητικής δύναμης είναι αντίθετη προς την κατεύθυνση της εφαρμοζόμενης τάσης τροφοδοσίας. Και ονομάζεται αντίθετη ηλεκτροκινητική δύναμη. Η οπίσθια ηλεκτροκινητική δύναμη επιστρέφει στην τροφοδοσία μέσω της ανθρακικής βούρτσας για να ολοκληρωθεί μια πλήρης διαδικασία μετατροπής και μεταφοράς ενέργειας.

Προδιαγραφές βούρτσας άνθρακα

Οι βούρτσες άνθρακα έχουν διάφορους βασικούς δείκτες απόδοσης, όπως η πτώση πίεσης επαφής, ο συντελεστής τριβής, ο ρυθμός φθοράς και η πυκνότητα ρεύματος.

Η πτώση τάσης επαφής αντικατοπτρίζει την αντίσταση επαφής μεταξύ της βούρτσας άνθρακα και του μεταγωγέα (ή του δακτυλίου συλλέκτη). Και όσο μικρότερη είναι η πτώση τάσης επαφής. τόσο μικρότερη είναι η απώλεια ενέργειας κατά τη μετάδοση του ρεύματος και τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση του κινητήρα.

Ο συντελεστής τριβής επηρεάζει άμεσα τη φθορά της βούρτσας άνθρακα και την αντίσταση λειτουργίας του κινητήρα. Και ο χαμηλότερος συντελεστής τριβής μπορεί να μειώσει τη φθορά της βούρτσας άνθρακα, να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της. Και επίσης να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και τη θέρμανση του κινητήρα.

Ο ρυθμός φθοράς είναι ένας σημαντικός δείκτης για τη μέτρηση της διάρκειας ζωής της βούρτσας άνθρακα. Και η βούρτσα άνθρακα με χαμηλό ποσοστό φθοράς μπορεί να διατηρήσει καλή απόδοση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μειώνει το κόστος συντήρησης και τον χρόνο διακοπής λειτουργίας του κινητήρα.

Η πυκνότητα ρεύματος αντιπροσωπεύει το μέγεθος του ρεύματος που μπορεί να αντέξει η βούρτσα άνθρακα ανά μονάδα επιφάνειας. Για κινητήρες υψηλού ρεύματος, είναι απαραίτητο να επιλέξετε μια βούρτσα άνθρακα με υψηλότερη πυκνότητα ρεύματος για να διασφαλίσετε ότι μπορεί να λειτουργήσει σταθερά.

Πλεονεκτήματα απόδοσης των βουρτσών άνθρακα

Οι βούρτσες άνθρακα έχουν πολλά πλεονεκτήματα απόδοσης. Πρώτα απ' όλα, η καλή ηλεκτρική αγωγιμότητά τους μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την απώλεια ενέργειας του κινητήρα και να βελτιώσει την απόδοση λειτουργίας του κινητήρα. Δεύτερον, η αυτολίπανση της βούρτσας άνθρακα μπορεί να μειώσει την τριβή και τη φθορά μεταξύ αυτής και του μεταγωγέα (ή του δακτυλίου συλλέκτη). Αυτό όχι μόνο παρατείνει τη δική της διάρκεια ζωής, αλλά μειώνει επίσης τη ζημία στον μεταγωγέα (ή το δακτύλιο συλλέκτη).

Επιπλέον, η βούρτσα άνθρακα έχει υψηλή μηχανική αντοχή και σταθερότητα. Και μπορεί να προσαρμοστεί στη φυγόκεντρο δύναμη και τους κραδασμούς που παράγει ο κινητήρας σε υψηλή ταχύτητα. Καθώς και σε διάφορες καταπονήσεις υπό σύνθετες συνθήκες, ώστε να διασφαλίζεται ότι ο κινητήρας μπορεί να λειτουργεί αξιόπιστα υπό διαφορετικές συνθήκες εργασίας. Επιπλέον, η βούρτσα άνθρακα έχει ισχυρή προσαρμοστικότητα στην επιφάνεια του μεταγωγέα (ή του δακτυλίου συλλέκτη). Μπορεί να προσαρμόσει αυτόματα την προσαρμογή μεταξύ των μερών επαφής σε ορισμένο βαθμό. Εξασφαλίζει τη σταθερότητα της ηλεκτρικής επαφής. Και μειώνει την αποτυχία που προκαλείται από κακή επαφή, όπως ανάφλεξη και θέρμανση.

Συνήθεις βλάβες και συντήρηση των βουρτσών άνθρακα

Κοινοί τύποι σφαλμάτων

Υπερβολική φθορά: Το μήκος της βούρτσας άνθρακα έχει μειωθεί σημαντικά, με αποτέλεσμα την κακή επαφή με τον μεταγωγέα (ή τον δακτύλιο συλλέκτη). Μείωση της απόδοσης του κινητήρα και αδυναμία εκκίνησης ή διακοπή της λειτουργίας σε σοβαρές περιπτώσεις.

Φαινόμενο σπινθήρα: το τμήμα επαφής της βούρτσας άνθρακα και του μεταγωγέα (ή του δακτυλίου συλλέκτη) σπινθηροβολεί. Αυτό επιταχύνει τη φθορά της βούρτσας άνθρακα, επηρεάζει τη σταθερότητα και την απόδοση του κινητήρα. Και μπορεί ακόμη και να οδηγήσει σε βραχυκύκλωμα.

Κακή επαφή: Λόγω ανεπαρκούς πίεσης του ελατηρίου της βούρτσας άνθρακα, χαλαρής λαβής της βούρτσας ή λαδιού και στρώμα οξειδίου στην επιφάνεια του μεταγωγέα (ή του δακτυλίου συλλέκτη), η μετάδοση ρεύματος εμποδίζεται. Η ταχύτητα του κινητήρα είναι ασταθής και αυξάνεται ο βαθμός θέρμανσης.

Μέτρα συντήρησης

Ελέγχετε τακτικά τη φθορά της βούρτσας άνθρακα, αντικαταστήστε την εγκαίρως όταν έχει φθαρεί στο αρχικό μήκος του 1/3-1/2. Και επιλέξτε το ίδιο μοντέλο και τις ίδιες προδιαγραφές του προϊόντος για να διασφαλίσετε τη σωστή εγκατάσταση.

Διατηρείτε την επιφάνεια της βούρτσας άνθρακα και του μεταγωγέα (ή του δακτυλίου συλλέκτη) καθαρή. Καθαρίζετε τακτικά το λάδι, τη σκόνη και τις ακαθαρσίες, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γυαλόχαρτο ή ειδικά εργαλεία για να γυαλίσετε ελαφρά το στρώμα οξειδίου.

Ελέγξτε την πίεση και την ελαστικότητα του ελατηρίου της βούρτσας άνθρακα, ρυθμίστε τη θέση ή αντικαταστήστε το ελατήριο εάν δεν επαρκεί. Και σφίξτε τη λαβή της βούρτσας για να αποτρέψετε τη μετατόπιση και το κούνημα της βούρτσας άνθρακα.

Συμπέρασμα

Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας των κινητήρων, οι απαιτήσεις απόδοσης της βούρτσας άνθρακα θα γίνονται όλο και υψηλότερες. Και η μελλοντική ερευνητική κατεύθυνση της βούρτσας άνθρακα θα είναι η περαιτέρω βελτίωση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, η μείωση του ποσοστού φθοράς, η βελτιστοποίηση της απόδοσης μεταγωγής και η ενίσχυση της περιβαλλοντικής προσαρμοστικότητας. Έτσι ώστε να καλύπτονται καλύτερα οι ανάγκες απόδοσης του κινητήρα.