Что такое угольная щетка в двигателе?

Угольная щетка является ключевым компонентом в двигателе, в основном изготовлена из графита, металлического порошка и связующего вещества, имеет блочную структуру. Она играет незаменимую роль в работе двигателя, благодаря тесному контакту с коммутатором или коллекторным кольцом. Для достижения текущей проводимости и функции коммутации, чтобы обеспечить стабильную работу двигателя.

Внешний вид и основной состав угольной щетки

Внешний вид и форма

Внешний вид угольной щетки обычно представляет собой блочный объект, а форма чаще всего кубическая или кубовидная. Ее размер зависит от типа и мощности двигателя. Как правило, угольная щетка небольшого двигателя может быть длиной всего несколько сантиметров. Угольная щетка, используемая в больших моторах, относительно велика, ее длина может достигать десяти сантиметров и даже больше. Кроме того, она шире и толще. Два конца угольной щетки обычно плоские. Это необходимо для лучшего контакта с коммутатором или коллекторным кольцом в двигателе, чтобы обеспечить стабильную проводимость тока. В угловой части некоторые угольные щетки имеют круглую форму. Это позволяет уменьшить износ других деталей во время работы двигателя.

Состав материала угольной щетки

Углеродная щетка в основном состоит из графит, металлический порошок и связующее вещество. Графит является основным компонентом угольной щетки, которая обладает хорошей электропроводностью и самосмазыванием. Эта самосмазываемость позволяет угольной щетке уменьшать трение и износ при контакте с вращающимися деталями внутри двигателя. Для повышения электропроводности и износостойкости угольной щетки в нее добавляют металлические порошки. Роль связующего вещества заключается в том, чтобы прочно соединить графит и металлический порошок вместе. Таким образом, угольная щетка не будет разрушаться во время работы двигателя под воздействием внешних сил, таких как центробежная сила и сила трения. И обеспечить структурную целостность угольной щетки.

 Расположение и назначение угольной щетки в двигателе

Положение установки

Угольная щетка устанавливается на щеткодержатель двигателя. Щеткодержатель обычно закреплен в статорной части двигателя. В таком положении угольная щетка находится рядом с коммутатором двигателя (для двигателей постоянного тока) или коллекторным кольцом (для двигателей переменного тока). Кроме того, с помощью пружинного устройства щеткодержателя на угольную щетку можно оказывать определенное давление. Таким образом, она плотно прилегает к поверхности коммутатора или коллекторного кольца. Такое плотное прилегание является залогом нормальной работы двигателя.

Эффект проводимости тока

Самая основная роль угольных щеток - проводить ток. Когда двигатель работает, ток от внешнего источника питания передается по проводу на угольную щетку. Затем она передает электричество на обмотку якоря двигателя (в двигателях постоянного тока) или обмотку ротора (в двигателях переменного тока).

Функция угольной щетки

Помимо проведения тока, угольные щетки выполняют и другие важные функции в двигателе. В двигателе постоянного тока, угольная щётка и коммутатор взаимодействуют для достижения функции коммутации. Угольная щетка изменяет направление тока в обмотке якоря. Таким образом, направление электромагнитной силы, воспринимаемой обмоткой якоря, остается неизменным. Таким образом, двигатель может продолжать стабильно вращаться.

В двигателе переменного тока функция угольной щетки заключается главным образом в том, чтобы обеспечить стабильный ввод тока в обмотку ротора, поддерживать эффективное взаимодействие между магнитным полем и ротором. И обеспечить нормальную работу двигателя.

Типы угольных щеток

Угольные щетки можно классифицировать по различным критериям.

По классификации состава материала различают графитовые углеродные щетки, металлические графитовые углеродные щетки и электрохимические графитовые углеродные щетки. Графитовая угольная щетка с природный графит в качестве основного сырья, его самосмазывание является хорошим. Он подходит для некоторых требований тока не высоки, низкая скорость двигателя, такие как небольшой двигатель вентилятора. Углеродная щетка из металлического графита содержит больше металлических компонентов, обладает сильной токопроводящей способностью. Вы можете часто использовать его в высоком токе, низкой скорости двигателя, например, большой промышленный двигатель постоянного тока. Электрохимическая графитовая угольная щетка является синтетической, ее комплексные характеристики лучше. И вы можете широко использовать его в общепромышленных двигателях.

В зависимости от типа применяемого двигателя, существуют угольные щетки для двигателей постоянного тока и угольные щетки для двигателей переменного тока. Двигатель постоянного тока Угольная щетка должна обладать хорошими коммутационными характеристиками. В то время как угольная щетка двигателя переменного тока уделяет больше внимания стабильной передаче тока и хорошему контакту с коллекторным кольцом.

Кроме того, в зависимости от условий эксплуатации, щетки можно разделить на термостойкие, влагостойкие и пылезащищенные. Углеродная щетка, устойчивая к высоким температурам, может нормально работать в условиях высокой температуры. Влагостойкая угольная щетка подходит для работы в условиях высокой влажности. А пылезащитная угольная щетка может обеспечить нормальную работу двигателя в условиях повышенной запыленности.

Принцип работы угольной щетки

Принцип коммутации

В двигателях постоянного тока принцип коммутации является ключевой частью работы угольной щетки. Когда якорь двигателя вращается, направление тока в обмотке якоря должно постоянно меняться, чтобы обеспечить непрерывное вращение двигателя. Этот процесс осуществляется благодаря комбинации угольной щетки и коммутатора. Коммутатор состоит из множества изолированных коммутаторов. При вращении якоря угольная щетка поочередно касается различных коммутаторов. Когда угольная щетка скользит от одного коммутатора к другому, она изменяет направление тока в обмотке якоря.

Электромагнитная индукция и преобразование энергии

Когда ток поступает в обмотку якоря (или обмотку ротора) через угольную щетку, под действием магнитного поля в обмотке возникает электромагнитная сила. И эта электромагнитная сила приведет ротор двигателя во вращение. Таким образом, достигается преобразование электрической энергии в механическую. В то же время в процессе вращения двигателя обмотка якоря (или обмотка ротора) будет пересекать линию магнитного поля. И в соответствии с законом электромагнитной индукции будет возникать индуцированная электродвижущая сила. Направление этой индуцированной электродвижущей силы противоположно направлению приложенного напряжения питания. Она называется обратной электродвижущей силой. Обратная электродвижущая сила передается обратно в источник питания через угольную щетку, чтобы завершить процесс преобразования и передачи энергии.

Технические характеристики угольной щетки

Углеродные щетки имеют несколько ключевых показателей эффективности, включая контактное падение давления, коэффициент трения, скорость износа и плотность тока.

Падение напряжения на контакте отражает сопротивление контакта между угольной щеткой и коммутатором (или коллекторным кольцом). Чем меньше падение контактного напряжения. Тем меньше потери энергии при передаче тока и тем выше КПД двигателя.

Коэффициент трения напрямую влияет на износ угольной щетки и рабочее сопротивление двигателя. Снижение коэффициента трения позволяет уменьшить износ угольной щетки, продлить срок ее службы. А также снизить потребление энергии и нагрев двигателя.

Интенсивность износа является важным показателем для измерения срока службы угольной щетки. Углеродная щетка с низкой интенсивностью износа может сохранять хорошую производительность в течение длительного времени. Это снижает стоимость обслуживания и время простоя двигателя.

Плотность тока представляет собой силу тока, которую может выдержать угольная щетка на единицу площади. Для сильноточных двигателей необходимо выбирать угольную щетку с более высокой плотностью тока, чтобы обеспечить ее стабильную работу.

Эксплуатационные преимущества угольных щеток

Угольные щетки имеют множество преимуществ. Во-первых, их хорошая электропроводность позволяет эффективно снизить потери энергии в двигателе и повысить эффективность его работы. Во-вторых, самосмазываемость угольной щетки может уменьшить трение и износ между ней и коммутатором (или коллекторным кольцом). Это не только продлевает срок службы, но и уменьшает повреждение коммутатора (или коллекторного кольца).

Кроме того, угольная щетка обладает высокой механической прочностью и стабильностью. Она может адаптироваться к центробежной силе и вибрации, создаваемой двигателем на высокой скорости. А также к различным нагрузкам в сложных условиях, чтобы обеспечить надежную работу двигателя в различных рабочих условиях. Кроме того, угольная щетка обладает сильной адаптивностью к поверхности коммутатора (или коллекторного кольца). Она может автоматически регулировать посадку между контактными частями до определенной степени. Обеспечьте стабильность электрического контакта. И уменьшить количество отказов, вызванных плохим контактом, таких как воспламенение и нагрев.

Распространенные неисправности и техническое обслуживание угольных щеток

Распространенные типы неисправностей

Чрезмерный износ: Длина угольной щетки значительно сокращается, что приводит к плохому контакту с коммутатором (или коллекторным кольцом). Снижение производительности двигателя, в серьезных случаях - невозможность запуска или прерывания работы.

Явление искрения: контактная часть угольной щетки и коммутатора (или коллекторного кольца) искрит. Это ускоряет износ угольной щетки, влияет на стабильность и эффективность работы двигателя. И даже может привести к короткому замыканию.

Плохой контакт: Из-за недостаточного давления угольной пружины щетки, ослабления захвата щетки или попадания масла и оксидный слой на поверхности коммутатора (или коллекторного кольца), передача тока блокируется. Скорость вращения двигателя становится нестабильной, увеличивается степень нагрева.

Меры по техническому обслуживанию

Регулярно проверяйте износ угольной щетки, своевременно заменяйте ее, когда она износится до первоначальной длины 1/3-1/2. Выбирайте изделие той же модели и тех же технических характеристик, чтобы обеспечить правильную установку.

Следите за чистотой поверхности угольной щетки и коммутатора (или коллекторного кольца). Регулярно очищайте их от масла, пыли и загрязнений, для легкой полировки оксидного слоя можно использовать наждачную бумагу или специальные инструменты.

Проверьте давление и упругость пружины угольной щетки, отрегулируйте положение или замените пружину, если она недостаточна. Затяните ручку щетки, чтобы предотвратить смещение и дрожание угольной щетки.

Заключение

С непрерывным развитием моторных технологий требования к характеристикам угольной щетки будут становиться все выше и выше. И будущее направление исследований углеродной щетки будет заключаться в дальнейшем улучшении электропроводности, снижении интенсивности износа, оптимизации коммутационных характеристик и повышении экологической адаптации. Таким образом, можно будет лучше удовлетворить потребности двигателя в производительности.