Che cos'è la spazzola di carbone nel motore?

La spazzola di carbone è un componente chiave del motore, costituito principalmente da grafite, polvere metallica e legante, con una struttura a blocchi. Svolge un ruolo indispensabile nel funzionamento del motore, grazie allo stretto contatto con il commutatore o l'anello collettore. Per ottenere la conduzione della corrente e la funzione di commutazione, garantisce il funzionamento stabile del motore.

Aspetto e composizione di base della spazzola di carbone

Aspetto e forma

L'aspetto della spazzola di carbone è solitamente quello di un oggetto a blocchi e la sua forma è per lo più cuboide o cubica. Le sue dimensioni variano a seconda del tipo e della potenza del motore. In genere, la spazzola di carbone di un motore piccolo può essere lunga solo pochi centimetri. La spazzola di carbone utilizzata dai motori di grandi dimensioni è relativamente grande, con una lunghezza che può raggiungere i dieci centimetri o anche di più. Inoltre, è più larga e più spessa. Le due estremità della spazzola di carbone sono solitamente piatte. In questo modo, il contatto con il commutatore o con l'anello collettore del motore è migliore e garantisce una conduzione stabile della corrente. Nella parte angolare, alcune spazzole di carbone subiscono un trattamento circolare. In questo modo è possibile ridurre l'usura di altre parti durante il funzionamento del motore.

Composizione del materiale della spazzola di carbonio

La spazzola di carbonio è composta principalmente da grafitepolvere metallica e legante. La grafite è il componente principale della spazzola di carbone, che ha una buona conducibilità elettrica e un'auto-lubrificazione. Questa autolubrificazione consente alla spazzola di carbonio di ridurre l'attrito e l'usura quando entra in contatto con le parti rotanti all'interno del motore. Aggiunge polveri metalliche per migliorare la conduttività elettrica e la resistenza all'usura della spazzola di carbonio. Il ruolo del legante è quello di unire saldamente la grafite e le polveri metalliche. In questo modo, la spazzola di carbone non si disintegra durante il funzionamento del motore a causa di forze esterne come la forza centrifuga e la forza di attrito. E garantire l'integrità strutturale della spazzola di carbone.

 Posizione e funzione della spazzola di carbone nel motore

Posizione di installazione

La spazzola di carbone è installata sul portaspazzole del motore. Il portaspazzole è generalmente fissato nella parte statorica del motore. In posizione, la spazzola di carbone si trova vicino al commutatore del motore (per i motori CC) o all'anello collettore (per i motori CA). Inoltre, attraverso il dispositivo a molla del portaspazzole, è possibile applicare alla spazzola di carbone una certa pressione. In questo modo è possibile fissarla saldamente alla superficie del commutatore o dell'anello del collettore. Questo stato di aderenza è la chiave per garantire il normale funzionamento del motore.

Effetto di conduzione della corrente

Il ruolo principale delle spazzole di carbone è quello di condurre la corrente. Quando il motore è in funzione, la corrente proveniente dall'alimentazione esterna viene trasmessa attraverso il filo alla spazzola di carbone. Questa passa poi l'elettricità all'avvolgimento dell'indotto del motore (nei motori a corrente continua) o all'avvolgimento del rotore (nei motori a corrente alternata).

Funzione spazzola di carbone

Oltre a condurre la corrente, le spazzole di carbone svolgono altre importanti funzioni nel motore. Nel motore a corrente continua, spazzola di carbonio e il commutatore cooperano per ottenere la funzione di commutazione. La spazzola di carbone cambia la direzione della corrente nell'avvolgimento di indotto. In questo modo, la direzione della forza elettromagnetica ricevuta dall'avvolgimento di armatura rimane invariata. In questo modo si garantisce che il motore possa continuare a ruotare in modo stabile.

Nel motore a corrente alternata, la funzione della spazzola di carbone è principalmente quella di garantire che la corrente possa essere immessa in modo stabile nell'avvolgimento del rotore, mantenere l'interazione efficace tra il campo magnetico e il rotore. E garantire il normale funzionamento del motore.

Tipi di spazzole di carbone

Le spazzole di carbone possono essere classificate in base a diversi criteri.

In base alla classificazione della composizione del materiale, esistono spazzole in grafite di carbonio, spazzole in grafite di metallo e spazzole in grafite di carbonio elettrochimiche. Spazzola di grafite e carbone con grafite naturale come materia prima principale, la sua autolubrificazione è buona. È adatta per alcuni requisiti di corrente non elevati, per motori a bassa velocità, come i piccoli motori dei ventilatori. La spazzola in grafite metallica contiene un maggior numero di componenti metallici, con una forte capacità di trasporto della corrente. Può essere spesso utilizzata per motori ad alta corrente e bassa velocità, come i grandi motori industriali a corrente continua. La spazzola elettrochimica in carbone di grafite è sintetica e le sue prestazioni complessive sono migliori. Può essere ampiamente utilizzata nei motori industriali generici.

In base al tipo di applicazione del motore, esistono spazzole di carbone per motori DC e spazzole di carbone per motori AC. Motore CC La spazzola di carbone deve avere buone prestazioni di commutazione. Mentre la spazzola di carbone del motore CA presta maggiore attenzione alla trasmissione stabile della corrente e al buon contatto con l'anello del collettore.

Inoltre, in base ai diversi ambienti di lavoro, può essere suddivisa in spazzola di carbonio resistente alle alte temperature, spazzola di carbonio resistente all'umidità e spazzola di carbonio antipolvere. La spazzola in carbonio resistente alle alte temperature può funzionare normalmente in un ambiente ad alta temperatura. La spazzola in carbonio resistente all'umidità è adatta a un ambiente ad alta umidità. La spazzola in carbonio antipolvere può garantire il normale funzionamento del motore in un ambiente con più polvere.

Principio di funzionamento della spazzola di carbone

Principio di commutazione

Nei motori a corrente continua, il principio di commutazione è una parte fondamentale del lavoro della spazzola di carbone. Quando l'armatura del motore ruota, la direzione della corrente nell'avvolgimento dell'armatura deve essere costantemente modificata per garantire la rotazione continua del motore. La combinazione di spazzola di carbone e commutatore realizza questo processo. Il commutatore è costituito da una pluralità di commutatori isolati. Quando l'armatura ruota, la spazzola di carbone tocca a turno i diversi commutatori. Quando la spazzola di carbone scivola da un commutatore all'altro, cambia la direzione della corrente nell'avvolgimento dell'indotto.

Induzione elettromagnetica e conversione di energia

Quando la corrente entra nell'avvolgimento dell'armatura (o del rotore) attraverso la spazzola di carbone, la forza elettromagnetica si genera nell'avvolgimento sotto l'azione del campo magnetico. Questa forza elettromagnetica farà ruotare il rotore del motore. In questo modo si ottiene la conversione dell'energia elettrica in energia meccanica. Allo stesso tempo, durante il processo di rotazione del motore, l'avvolgimento dell'indotto (o del rotore) taglierà la linea del campo magnetico. In base alla legge dell'induzione elettromagnetica, si genera una forza elettromotrice indotta. La direzione di questa forza elettromotrice indotta è opposta alla direzione della tensione di alimentazione applicata. Si tratta della cosiddetta forza retroelettromotrice. La forza retroelettromotrice viene restituita all'alimentazione attraverso la spazzola di carbone per completare il processo di conversione e trasferimento dell'energia.

Specifiche della spazzola di carbonio

Le spazzole di carbonio hanno diversi indicatori di prestazioni chiave, tra cui la caduta di pressione di contatto, il coefficiente di attrito, il tasso di usura e la densità di corrente.

La caduta di tensione di contatto riflette la resistenza di contatto tra la spazzola di carbone e il commutatore (o anello collettore). Quanto minore è la caduta di tensione di contatto, tanto minore è la perdita di energia durante la trasmissione della corrente e tanto maggiore è l'efficienza del motore. minore è la perdita di energia durante la trasmissione della corrente e maggiore è l'efficienza del motore.

Il coefficiente di attrito influisce direttamente sull'usura della spazzola di carbone e sulla resistenza operativa del motore. Un coefficiente di attrito più basso può ridurre l'usura della spazzola di carbone e prolungarne la durata. Inoltre, riduce il consumo energetico e il riscaldamento del motore.

Il tasso di usura è un indicatore importante per misurare la durata della spazzola di carbone. Le spazzole di carbone con un basso tasso di usura possono mantenere buone prestazioni per lungo tempo. Riducendo i costi di manutenzione e i tempi di fermo del motore.

La densità di corrente rappresenta la dimensione della corrente che la spazzola di carbone può sopportare per unità di superficie. Per i motori ad alta corrente, è necessario scegliere una spazzola di carbone con una densità di corrente più elevata per garantire un funzionamento stabile.

Vantaggi prestazionali delle spazzole di carbone

Le spazzole di carbonio presentano numerosi vantaggi in termini di prestazioni. Innanzitutto, la sua buona conducibilità elettrica può ridurre efficacemente la perdita di energia del motore e migliorarne l'efficienza operativa. In secondo luogo, l'autolubrificazione della spazzola di carbonio può ridurre l'attrito e l'usura tra la stessa e il commutatore (o l'anello collettore). In questo modo, non solo prolunga la propria vita utile, ma riduce anche i danni al commutatore (o all'anello del collettore).

Inoltre, la spazzola di carbonio ha un'elevata resistenza meccanica e stabilità. E può adattarsi alla forza centrifuga e alle vibrazioni generate dal motore ad alta velocità. Così come alle varie sollecitazioni in condizioni complesse, per garantire che il motore possa funzionare in modo affidabile in diverse condizioni di lavoro. Inoltre, la spazzola di carbone ha una forte adattabilità alla superficie del commutatore (o dell'anello collettore). Può regolare automaticamente l'accoppiamento tra le parti di contatto in una certa misura. Garantire la stabilità del contatto elettrico. E ridurre i guasti causati da un cattivo contatto, come l'accensione e il riscaldamento.

Guasti comuni e manutenzione delle spazzole di carbone

Tipi di guasto comuni

Usura eccessiva: La lunghezza della spazzola di carbone si accorcia notevolmente, causando un cattivo contatto con il commutatore (o l'anello collettore). Riduzione delle prestazioni del motore e, in casi gravi, mancato avvio o interruzione del funzionamento.

Fenomeno della scintilla: la parte di contatto tra la spazzola di carbone e il commutatore (o l'anello collettore) scintilla. Ciò accelera l'usura della spazzola di carbone, influisce sulla stabilità e sull'efficienza del motore. E può persino provocare un cortocircuito.

Contatto insufficiente: A causa di una pressione insufficiente della molla della spazzola di carbone, di un'impugnatura della spazzola allentata o di olio e strato di ossido sulla superficie del commutatore (o dell'anello collettore), la trasmissione di corrente viene bloccata. La velocità del motore è instabile e aumenta il grado di riscaldamento.

Misure di manutenzione

Controllare regolarmente l'usura della spazzola di carbone e sostituirla quando è usurata fino alla lunghezza originale di 1/3-1/2. Scegliere lo stesso modello e le stesse specifiche del prodotto per garantire una corretta installazione.

Mantenere pulita la superficie della spazzola di carbone e del commutatore (o dell'anello collettore). Pulire regolarmente l'olio, la polvere e le impurità, utilizzare carta vetrata o strumenti speciali per lucidare leggermente lo strato di ossido.

Controllare la pressione e l'elasticità della molla della spazzola di carbone, regolare la posizione o sostituire la molla se insufficiente. Serrare l'impugnatura della spazzola per evitare che la spazzola di carbone si sposti e si agiti.

Conclusione

Con il continuo sviluppo della tecnologia dei motori, i requisiti di prestazione delle spazzole di carbone diventeranno sempre più elevati. La direzione futura della ricerca sulle spazzole di carbone sarà quella di migliorare ulteriormente la conduttività elettrica, ridurre il tasso di usura, ottimizzare le prestazioni di commutazione e migliorare l'adattabilità ambientale. In modo da soddisfare al meglio le esigenze di prestazioni del motore.