La escobilla de carbón es un componente clave en el motor, hecho principalmente de grafito, polvo de metal y aglutinante, es de estructura en bloque. Desempeña un papel indispensable en el funcionamiento del motor, a través de un estrecho contacto con el conmutador o el anillo colector. Para lograr la conducción de corriente y la función de conmutación, para garantizar el funcionamiento estable del motor.
Índice
ToggleAspecto y composición básica de la escobilla de carbón
Aspecto y forma
El aspecto de la escobilla de carbón suele ser el de un objeto de bloque, y su forma es mayoritariamente cuboide o cúbica. Su tamaño varía en función del tipo y la potencia del motor. Generalmente, la escobilla de carbón de un motor pequeño puede tener sólo unos centímetros de longitud. La escobilla de carbón utilizada por los motores grandes será relativamente grande, su longitud puede alcanzar los diez centímetros o incluso más. Además, es más ancha y gruesa. Los dos extremos de la escobilla de carbón suelen ser planos. Esto se hace para mejorar el contacto con el conmutador o el anillo colector del motor y garantizar la conducción estable de la corriente. En la parte de las esquinas, algunas escobillas de carbón tienen un tratamiento redondeado. Puede reducir el desgaste de otras piezas durante el funcionamiento del motor.
Composición del material de las escobillas de carbón
La escobilla de carbón se compone principalmente de grafitopolvo metálico y aglutinante. El grafito es el componente principal de la escobilla de carbón, que tiene buena conductividad eléctrica y autolubricación. Esta autolubricación permite a la escobilla de carbón reducir la fricción y el desgaste cuando entra en contacto con las piezas giratorias del interior del motor. Añade polvos metálicos para mejorar la conductividad eléctrica y la resistencia al desgaste de la escobilla de carbón. La función del aglutinante es combinar firmemente el grafito y el polvo metálico. Para que la escobilla de carbón no se desintegre durante el funcionamiento del motor debido a fuerzas externas como la fuerza centrífuga y la fuerza de fricción. Y garantizar la integridad estructural de la escobilla de carbón.
Posición y función de la escobilla de carbón en el motor
Posición de instalación
La escobilla de carbón se instala en el portaescobillas del motor. Generalmente, el portaescobillas se fija en la parte del estator del motor. En posición, la escobilla de carbón está cerca del conmutador del motor (para motores de CC) o del anillo colector (para motores de CA). Además, a través del dispositivo de resorte del portaescobillas, se puede aplicar a la escobilla de carbón una cierta presión. De este modo, puede fijarse firmemente a la superficie del colector o del anillo colector. Este estado de ajuste apretado es la clave para garantizar el funcionamiento normal del motor.
Efecto de conducción de corriente
La función más básica de las escobillas de carbón es conducir la corriente. Cuando el motor está en marcha, la corriente procedente de la fuente de alimentación externa se transmite a través del cable a la escobilla de carbón. A continuación, ésta transmite la electricidad al bobinado del inducido del motor (en los motores de corriente continua) o al bobinado del rotor (en los motores de corriente alterna).
Función escobilla de carbón
Además de conducir la corriente, las escobillas de carbón tienen otras funciones importantes en el motor. En el motor de corriente continua, escobilla de carbono y el conmutador cooperan para lograr la función de conmutación. La escobilla de carbón cambiará la dirección de la corriente en el devanado del inducido. De modo que la dirección de la fuerza electromagnética recibida por el devanado del inducido permanece inalterada. Para que el motor pueda seguir girando de forma estable.
En el motor de CA, la función de la escobilla de carbón es principalmente garantizar que la corriente pueda introducirse de forma estable en el devanado del rotor, mantener la interacción efectiva entre el campo magnético y el rotor. Y garantizar el funcionamiento normal del motor.
Tipos de escobillas de carbón
Las escobillas de carbón pueden clasificarse según distintos criterios.
Según la clasificación de la composición del material, existen escobillas de grafito-carbono, escobillas de grafito-carbono metálicas y escobillas de grafito-carbono electroquímicas. Escobilla de grafito con grafito natural como materia prima principal, su auto-lubricación es buena. Es adecuado para algunos requisitos actuales no son altos, motor de baja velocidad, tales como motor del ventilador pequeño. Metal grafito escobilla de carbón contiene más componentes metálicos, fuerte capacidad de transporte de corriente. A menudo se puede utilizar en alta corriente, motor de baja velocidad, tales como grandes motores industriales de corriente continua. La escobilla de grafito electroquímico es sintética, su rendimiento integral es mejor. Y se puede utilizar ampliamente en motores industriales en general.
Según el tipo de motor de aplicación, existen escobillas de carbón para motores de CC y escobillas de carbón para motores de CA. Motor de CC las escobillas de carbón deben tener un buen rendimiento de conmutación. Mientras que la escobilla de carbón del motor de CA presta más atención a la transmisión estable de la corriente y al buen contacto con el anillo colector.
Además, según los diferentes entornos de trabajo, también puede dividirse en escobilla de carbono resistente a altas temperaturas, escobilla de carbono resistente a la humedad y escobilla de carbono resistente al polvo. La escobilla de carbón resistente a altas temperaturas puede trabajar normalmente en un ambiente de alta temperatura. El cepillo de carbono resistente a la humedad es adecuado para un ambiente de alta humedad. Y la escobilla de carbón a prueba de polvo puede garantizar el funcionamiento normal del motor en un ambiente más polvoriento.
Principio de funcionamiento de la escobilla de carbón
Principio de conmutación
En los motores de corriente continua, el principio de conmutación es una parte fundamental del trabajo de la escobilla de carbón. Cuando el inducido del motor gira, es necesario cambiar constantemente la dirección de la corriente en el bobinado del inducido para garantizar la rotación continua del motor. La combinación de escobilla de carbón y conmutador consigue este proceso. El conmutador está formado por una pluralidad de conmutadores aislados. Al girar el inducido, la escobilla de carbón toca sucesivamente los distintos conmutadores. Cuando la escobilla de carbón se desliza de un conmutador a otro, cambia la dirección de la corriente en el devanado del inducido.
Inducción electromagnética y conversión de energía
Cuando la corriente entra en el bobinado del inducido (o bobinado del rotor) a través de la escobilla de carbón, se generará la fuerza electromagnética en el bobinado bajo la acción del campo magnético. Y esta fuerza electromagnética hará girar el rotor del motor. De este modo se consigue convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Al mismo tiempo, durante el proceso de rotación del motor, el bobinado del inducido (o bobinado del rotor) cortará la línea del campo magnético. Y de acuerdo con la ley de inducción electromagnética, se generará la fuerza electromotriz inducida. La dirección de esta fuerza electromotriz inducida es opuesta a la dirección de la tensión de alimentación aplicada. Se denomina fuerza electromotriz de retorno. La fuerza electromotriz de retorno se devuelve a la fuente de alimentación a través de la escobilla de carbón para completar un proceso completo de conversión y transferencia de energía.
Especificaciones de las escobillas de carbón
Las escobillas de carbón tienen varios indicadores clave de rendimiento, como la caída de presión de contacto, el coeficiente de fricción, el índice de desgaste y la densidad de corriente.
La caída de tensión de contacto refleja la resistencia de contacto entre la escobilla de carbón y el conmutador (o anillo colector). Cuanto menor sea la caída de tensión de contacto menor será la pérdida de energía durante la transmisión de corriente y mayor será el rendimiento del motor.
El coeficiente de fricción afecta directamente al desgaste de la escobilla de carbón y a la resistencia de funcionamiento del motor. Un coeficiente de fricción más bajo puede reducir el desgaste de la escobilla de carbón y prolongar su vida útil. Y también reducir el consumo de energía y el calentamiento del motor.
El índice de desgaste es un indicador importante para medir la vida útil de la escobilla de carbón. Y la escobilla de carbón con bajo índice de desgaste puede mantener un buen rendimiento durante mucho tiempo. Reduciendo el coste de mantenimiento y el tiempo de inactividad del motor.
La densidad de corriente representa el tamaño de corriente que puede soportar la escobilla de carbón por unidad de superficie. Para motores de alta corriente, es necesario seleccionar una escobilla de carbón con una densidad de corriente más alta para garantizar que pueda funcionar de forma estable.
Ventajas de rendimiento de las escobillas de carbón
Las escobillas de carbón tienen muchas ventajas de rendimiento. En primer lugar, su buena conductividad eléctrica puede reducir eficazmente la pérdida de energía del motor y mejorar su eficacia de funcionamiento. En segundo lugar, la autolubricidad de la escobilla de carbón puede reducir la fricción y el desgaste entre ella y el conmutador (o anillo colector). No sólo prolonga su propia vida útil, sino que también reduce el daño al conmutador (o anillo colector).
Además, la escobilla de carbón tiene una gran resistencia mecánica y estabilidad. Y puede adaptarse a la fuerza centrífuga y a la vibración generadas por el motor a alta velocidad. Así como a diversas tensiones en condiciones complejas, para garantizar que el motor pueda funcionar de forma fiable en diferentes condiciones de trabajo. Además, la escobilla de carbón tiene una gran adaptabilidad a la superficie del conmutador (o anillo colector). Puede ajustar automáticamente el ajuste entre las piezas de contacto hasta cierto punto. Garantizar la estabilidad del contacto eléctrico. Y reducir los fallos causados por un mal contacto, como la ignición y el calentamiento.
Averías comunes y mantenimiento de las escobillas de carbón
Tipos de averías comunes
Desgaste excesivo: La longitud de la escobilla de carbón se acorta considerablemente, lo que provoca un contacto deficiente con el colector (o anillo colector). Reducción del rendimiento del motor, y fallo de arranque o interrupción del funcionamiento en casos graves.
Fenómeno de chispa: la parte de contacto de la escobilla de carbón y el conmutador (o anillo colector) chisporrotea. Esto acelera el desgaste de la escobilla de carbón, afecta a la estabilidad y eficacia del motor. E incluso puede provocar un cortocircuito.
Mal contacto: Debido a una presión insuficiente del muelle de la escobilla de carbón, un agarre flojo de la escobilla o aceite y capa de óxido en la superficie del conmutador (o anillo colector), se bloquea la transmisión de corriente. La velocidad del motor es inestable y aumenta el grado de calentamiento.
Medidas de mantenimiento
Compruebe regularmente el desgaste de la escobilla de carbón, sustitúyala a tiempo cuando esté desgastada hasta la longitud original de 1/3-1/2. Y elegir el mismo modelo y especificaciones del producto para asegurar una correcta instalación.
Mantenga limpia la superficie de la escobilla de carbón y el colector (o anillo colector). Limpie regularmente el aceite, el polvo y las impurezas, se puede utilizar papel de lija o herramientas especiales para pulir ligeramente la capa de óxido.
Compruebe la presión y elasticidad del muelle de la escobilla de carbón, ajuste la posición o sustituya el muelle si es insuficiente. Y apriete la empuñadura de la escobilla para evitar que la escobilla de carbón se desplace y sacuda.
Conclusión
Con el continuo desarrollo de la tecnología de motores, los requisitos de rendimiento de las escobillas de carbón serán cada vez mayores. Y la futura dirección de investigación de las escobillas de carbón será mejorar aún más la conductividad eléctrica, reducir la tasa de desgaste, optimizar el rendimiento de conmutación y mejorar la adaptabilidad medioambiental. Todo ello con el fin de satisfacer mejor las necesidades de rendimiento del motor.