O que é uma escova de carbono no motor?

A escova de carvão é um componente essencial do motor, feito principalmente de grafite, pó metálico e aglutinante, com estrutura em blocos. Ela desempenha um papel indispensável na operação do motor, por meio do contato próximo com o comutador ou o anel coletor. Para obter a condução de corrente e a função de comutação, garante a operação estável do motor.

Aparência e composição básica da escova de carvão

Aparência e forma

A aparência da escova de carvão é geralmente de um objeto em bloco, e o formato é geralmente cuboide ou cúbico. Seu tamanho varia de acordo com o tipo e a potência do motor. Em geral, a escova de carvão de um motor pequeno pode ter apenas alguns centímetros de comprimento. A escova de carvão usada por motores grandes é relativamente grande, com comprimento que pode chegar a dez centímetros ou até mais. Além disso, ela é mais larga e mais grossa. As duas extremidades da escova de carvão geralmente são planas. Isso permite um melhor contato com o comutador ou o anel coletor do motor para garantir a condução estável da corrente. Na parte do canto, algumas escovas de carvão fazem um tratamento arredondado. Isso pode reduzir o desgaste de outras peças durante a operação do motor.

Composição do material da escova de carbono

A escova de carbono é composta principalmente de grafitepó metálico e aglutinante. O grafite é o principal componente da escova de carbono, que tem boa condutividade elétrica e autolubrificação. Essa autolubrificação permite que a escova de carbono reduza o atrito e o desgaste quando entra em contato com as peças rotativas dentro do motor. Ele adiciona pós metálicos para aumentar a condutividade elétrica e a resistência ao desgaste da escova de carbono. A função do aglutinante é combinar firmemente o grafite e o pó metálico. Assim, a escova de carbono não se desintegrará durante a operação do motor devido a forças externas, como a força centrífuga e a força de atrito. E garantir a integridade estrutural da escova de carvão.

 Posição e função da escova de carvão no motor

Posição de instalação

A escova de carvão é instalada no suporte da escova do motor. E o suporte da escova geralmente é fixado na parte do estator do motor. Em sua posição, a escova de carvão fica próxima ao comutador do motor (para motores CC) ou ao anel coletor (para motores CA). Além disso, por meio do dispositivo de mola do suporte da escova, é possível aplicar uma certa pressão à escova de carvão. Assim, ela pode ser firmemente presa à superfície do comutador ou do anel coletor. Esse estado de ajuste firme é fundamental para garantir a operação normal do motor.

Efeito de condução de corrente

A função mais básica das escovas de carvão é conduzir a corrente. Quando o motor está funcionando, a corrente da fonte de alimentação externa é transmitida através do fio para a escova de carvão. Em seguida, ela passa a eletricidade para o enrolamento da armadura do motor (em motores CC) ou para o enrolamento do rotor (em motores CA).

Função de escova de carvão

Além de conduzir a corrente, as escovas de carvão têm outras funções importantes no motor. No motor CC, escova de carvão e o comutador cooperam para realizar a função de comutação. A escova de carvão mudará a direção da corrente no enrolamento da armadura. Assim, a direção da força eletromagnética recebida pelo enrolamento da armadura permanece inalterada. Isso garante que o motor possa continuar a girar de forma estável.

No motor CA, a função da escova de carvão é principalmente garantir que a corrente possa ser inserida de forma estável no enrolamento do rotor, mantendo a interação efetiva entre o campo magnético e o rotor. E garantir a operação normal do motor.

Tipos de escova de carvão

As escovas de carvão podem ser classificadas de acordo com diferentes critérios.

De acordo com a classificação da composição do material, há uma escova de carbono de grafite, uma escova de carbono de grafite de metal e uma escova de carbono de grafite eletroquímica. Escova de carvão grafitado com grafite natural como a principal matéria-prima, sua autolubrificação é boa. Ela é adequada para alguns requisitos de corrente que não são altos e para motores de baixa velocidade, como motores de ventiladores pequenos. A escova de carbono com grafite metálico contém mais componentes metálicos, com grande capacidade de transporte de corrente. Pode ser usada com frequência em motores de alta corrente e baixa velocidade, como motores CC industriais de grande porte. A escova eletroquímica de carbono grafite é sintética e seu desempenho abrangente é melhor. E pode ser amplamente utilizada em motores industriais em geral.

De acordo com o tipo de aplicação do motor, há escovas de carvão para motores CC e escovas de carvão para motores CA. Motor CC A escova de carvão do motor CA precisa ter um bom desempenho de comutação. Já a escova de carvão do motor CA dá mais atenção à transmissão estável da corrente e ao bom contato com o anel coletor.

Além disso, de acordo com os diferentes ambientes de trabalho, ela também pode ser dividida em escova de carbono resistente a altas temperaturas, escova de carbono resistente à umidade e escova de carbono à prova de poeira. A escova de carbono resistente a altas temperaturas pode funcionar normalmente em um ambiente de alta temperatura. A escova de carbono resistente à umidade é adequada para um ambiente de alta umidade. E a escova de carbono à prova de poeira pode garantir a operação normal do motor em um ambiente com mais poeira.

Princípio de funcionamento da escova de carvão

Princípio de comutação

Nos motores CC, o princípio de comutação é uma parte fundamental do trabalho da escova de carvão. Quando a armadura do motor gira, a direção da corrente no enrolamento da armadura precisa ser constantemente alterada para garantir a rotação contínua do motor. A combinação de escova de carvão e comutador realiza esse processo. O comutador consiste em uma pluralidade de comutadores isolados. À medida que a armadura gira, a escova de carvão toca os diferentes comutadores sucessivamente. Quando a escova de carvão desliza de um comutador para outro, ela muda a direção da corrente no enrolamento da armadura.

Indução eletromagnética e conversão de energia

Quando a corrente entra no enrolamento da armadura (ou no enrolamento do rotor) por meio da escova de carvão, a força eletromagnética será gerada no enrolamento sob a ação do campo magnético. E essa força eletromagnética fará com que o rotor do motor gire. Dessa forma, é possível obter a conversão de energia elétrica em energia mecânica. Ao mesmo tempo, durante o processo de rotação do motor, o enrolamento da armadura (ou enrolamento do rotor) cortará a linha do campo magnético. E, de acordo com a lei da indução eletromagnética, a força eletromotriz induzida será gerada. A direção dessa força eletromotriz induzida é oposta à direção da tensão de alimentação aplicada. Ela é chamada de força eletromotriz de retorno. A força eletromotriz de retorno é alimentada de volta à fonte de alimentação por meio da escova de carbono para concluir um processo completo de conversão e transferência de energia.

Especificação da escova de carvão

As escovas de carbono têm vários indicadores-chave de desempenho, incluindo queda de pressão de contato, coeficiente de atrito, taxa de desgaste e densidade de corrente.

A queda de tensão de contato reflete a resistência de contato entre a escova de carbono e o comutador (ou anel coletor). Quanto menor for a queda de tensão de contato, menor será a perda de energia durante a transmissão da corrente e maior será a eficiência do motor. menor será a perda de energia durante a transmissão da corrente e maior será a eficiência do motor.

O coeficiente de atrito afeta diretamente o desgaste da escova de carvão e a resistência operacional do motor. E o menor coeficiente de atrito pode reduzir o desgaste da escova de carvão e prolongar sua vida útil. Além disso, reduz o consumo de energia e o aquecimento do motor.

A taxa de desgaste é um indicador importante para medir a vida útil da escova de carvão. E a escova de carvão com baixa taxa de desgaste pode manter um bom desempenho por um longo tempo. Reduzindo o custo de manutenção e o tempo de inatividade do motor.

A densidade de corrente representa o tamanho da corrente que a escova de carvão pode suportar por unidade de área. Para motores de alta corrente, é necessário selecionar uma escova de carvão com uma densidade de corrente mais alta para garantir que ela possa funcionar de forma estável.

Vantagens de desempenho das escovas de carvão

As escovas de carbono têm muitas vantagens de desempenho. Em primeiro lugar, sua boa condutividade elétrica pode reduzir efetivamente a perda de energia do motor e melhorar a eficiência operacional do motor. Em segundo lugar, a autolubrificação da escova de carbono pode reduzir o atrito e o desgaste entre ela e o comutador (ou anel coletor). Isso não apenas aumenta sua própria vida útil, mas também reduz os danos ao comutador (ou anel coletor).

Além disso, a escova de carbono tem alta resistência mecânica e estabilidade. E pode se adaptar à força centrífuga e à vibração gerada pelo motor em alta velocidade. Além de várias tensões em condições complexas, para garantir que o motor possa operar de forma confiável em diferentes condições de trabalho. Além disso, a escova de carbono tem grande capacidade de adaptação à superfície do comutador (ou anel coletor). Ela pode ajustar automaticamente o encaixe entre as peças de contato até certo ponto. Garante a estabilidade do contato elétrico. E reduzir a falha causada por mau contato, como ignição e aquecimento.

Falhas comuns e manutenção de escovas de carvão

Tipos de falhas comuns

Desgaste excessivo: O comprimento da escova de carvão é significativamente reduzido, resultando em mau contato com o comutador (ou anel coletor). Redução do desempenho do motor e falha na partida ou interrupção da operação em casos graves.

Fenômeno de faísca: a parte de contato da escova de carbono e o comutador (ou anel coletor) brilham. Isso acelera o desgaste da escova de carvão, afeta a estabilidade e a eficiência do motor. E pode até levar a um curto-circuito.

Mau contato: Devido à pressão insuficiente da mola da escova de carvão, ao aperto solto da escova ou à presença de óleo e camada de óxido na superfície do comutador (ou anel coletor), a transmissão de corrente é bloqueada. A velocidade do motor fica instável e aumenta o grau de aquecimento.

Medidas de manutenção

Verifique regularmente o desgaste da escova de carvão e substitua-a quando estiver desgastada até o comprimento original de 1/3-1/2. E escolha o mesmo modelo e as mesmas especificações do produto para garantir a instalação correta.

Mantenha a superfície da escova de carvão e do comutador (ou anel coletor) limpa. Limpe regularmente o óleo, a poeira e as impurezas; uma lixa ou ferramentas especiais podem ser usadas para polir levemente a camada de óxido.

Verifique a pressão e a elasticidade da mola da escova de carvão, ajuste a posição ou substitua a mola se for insuficiente. E aperte a alça da escova para evitar que a escova de carvão se desloque e chacoalhe.

Conclusão

Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de motores, os requisitos de desempenho da escova de carbono se tornarão cada vez mais altos. E a direção da pesquisa futura da escova de carbono será melhorar ainda mais a condutividade elétrica, reduzir a taxa de desgaste, otimizar o desempenho da comutação e aumentar a adaptabilidade ambiental. Assim, será possível atender melhor às necessidades de desempenho do motor.