Що таке вугільна щітка в двигуні?

Вугільна щітка - ключовий компонент двигуна, в основному виготовлений з графіту, металевого порошку і сполучного, має блочну структуру. Вона відіграє незамінну роль в роботі двигуна, завдяки тісному контакту з комутатором або колекторним кільцем. Для досягнення провідності струму та функції комутації, для забезпечення стабільної роботи двигуна.

Зовнішній вигляд і основний склад вугільної щітки

Зовнішній вигляд і форма

Вугільна щітка, як правило, являє собою блок, а форма переважно кубоподібна або кубоподібна. Її розмір залежить від типу та потужності двигуна. Як правило, вугільна щітка невеликого двигуна може мати довжину лише кілька сантиметрів. Вугільна щітка, що використовується у великих двигунах, буде відносно великою, довжина може досягати десяти сантиметрів або навіть більше. І він ширший і товстіший. Два кінці вугільної щітки зазвичай плоскі. Це для кращого контакту з комутатором або колекторним кільцем в двигуні для забезпечення стабільної провідності струму. У кутовій частині деякі вугільні щітки мають круглу форму. Це може зменшити знос інших деталей під час роботи двигуна.

Склад матеріалу вугільної щітки

Вугільна щітка в основному складається з графітграфіту, металевого порошку та сполучної речовини. Графіт - основний компонент вугільної щітки, який має хорошу електропровідність і здатність до самозмащування. Це самозмащення дозволяє вугільній щітці зменшити тертя і знос, коли вона контактує з обертовими частинами всередині двигуна. До нього додають металеві порошки для підвищення електропровідності та зносостійкості вугільної щітки. Роль сполучної речовини полягає в тому, щоб міцно з'єднати графіт і металевий порошок разом. Щоб вугільна щітка не руйнувалася під час роботи двигуна через зовнішні сили, такі як відцентрова сила та сила тертя. І забезпечити структурну цілісність вугільної щітки.

 Розташування та функції вугільної щітки в двигуні

Монтажне положення

Вугільна щітка встановлюється на щіткотримачі двигуна. А щіткотримач, як правило, закріплений в статорній частині двигуна. У такому положенні вугільна щітка знаходиться біля комутатора двигуна (для двигунів постійного струму) або колекторного кільця (для двигунів змінного струму). Крім того, за допомогою пружинного пристрою щіткотримача ви можете притиснути вугільну щітку до певного тиску. Щоб вона щільно прилягала до поверхні комутатора або колекторного кільця. Цей стан щільного прилягання є ключовим для забезпечення нормальної роботи двигуна.

Ефект провідності струму

Основна роль вугільних щіток - проводити струм. Коли двигун працює, струм від зовнішнього джерела живлення передається по дроту на вугільну щітку. Потім вона передає електрику на обмотку якоря двигуна (в двигунах постійного струму) або обмотку ротора (в двигунах змінного струму).

Функція вугільної щітки

Крім проведення струму, вугільні щітки виконують інші важливі функції в двигуні. У двигуні постійного струму, вугільна щітка і комутатор взаємодіють для виконання функції комутації. Вугільна щітка змінює напрямок струму в обмотці якоря. Так що напрямок електромагнітної сили, яку отримує обмотка якоря, залишається незмінним. Щоб забезпечити, щоб двигун міг продовжувати стабільно обертатися.

У двигуні змінного струму функція вугільної щітки в основному полягає в тому, щоб забезпечити стабільне надходження струму в обмотку ротора, підтримувати ефективну взаємодію між магнітним полем і ротором. І забезпечити нормальну роботу двигуна.

Типи вугільних щіток

Вугільні щітки можна класифікувати за різними критеріями.

Відповідно до класифікації за складом матеріалу, розрізняють графітову вугільну щітку, металеву графітову вугільну щітку та електрохімічну графітову вугільну щітку. Графітова вугільна щітка з природний графіт як основна сировина, його самозмащення хороше. Він підходить для деяких невисоких вимог до струму, низькошвидкісних двигунів, таких як невеликий двигун вентилятора. Металева графітова вугільна щітка містить більше металевих компонентів, сильну струмопровідність. Ви часто можете використовувати її в двигунах з високим струмом, низькою швидкістю, таких як великий промисловий двигун постійного струму. Електрохімічна графітова вугільна щітка є синтетичною, її комплексна продуктивність краща. І ви можете широко використовувати його в загальнопромислових двигунах.

Відповідно до типу двигуна, що застосовується, розрізняють вугільні щітки постійного струму та вугільні щітки змінного струму. Двигун постійного струму вугільна щітка повинна мати хороші комутаційні характеристики. У той час як в двигунах змінного струму вугільна щітка приділяє більше уваги стабільній передачі струму і хорошому контакту з колекторним кільцем.

Крім того, відповідно до різних умов роботи, її також можна розділити на термостійку вугільну щітку, вологостійку вугільну щітку і пилонепроникну вугільну щітку. Термостійка вугільна щітка може нормально працювати в умовах високих температур. Вологостійка вугільна щітка підходить для роботи в умовах підвищеної вологості. А пилонепроникна вугільна щітка може забезпечити нормальну роботу двигуна в більш запиленому середовищі.

Принцип роботи вугільної щітки

Принцип комутації

У двигунах постійного струму принцип комутації є ключовою частиною роботи вугільної щітки. Коли якір двигуна обертається, напрямок струму в обмотці якоря повинен постійно змінюватися, щоб забезпечити безперервне обертання двигуна. Комбінація вугільної щітки і комутатора забезпечує цей процес. Комутатор складається з безлічі ізольованих комутаторів. Коли якір обертається, вугільна щітка по черзі торкається різних комутаторів. Коли вугільна щітка ковзає від одного комутатора до іншого, вона змінює напрямок струму в обмотці якоря.

Електромагнітна індукція та перетворення енергії

Коли струм надходить в обмотку якоря (або обмотку ротора) через вугільну щітку, під дією магнітного поля в обмотці генерується електромагнітна сила. І ця електромагнітна сила буде змушувати ротор двигуна обертатися. Щоб досягти перетворення електричної енергії в механічну. При цьому в процесі обертання двигуна обмотка якоря (або обмотка ротора) буде перерізати силові лінії магнітного поля. І відповідно до закону електромагнітної індукції буде генеруватися індукована електрорушійна сила. Напрямок цієї індукованої електрорушійної сили протилежний напрямку прикладеної напруги живлення. І вона називається зворотною електрорушійною силою. Зворотна електрорушійна сила подається назад до джерела живлення через вугільну щітку для завершення повного процесу перетворення і передачі енергії.

Специфікація вугільної щітки

Вугільні щітки мають кілька ключових показників ефективності, включаючи падіння контактного тиску, коефіцієнт тертя, швидкість зносу і щільність струму.

Падіння контактної напруги відображає контактний опір між вугільною щіткою і комутатором (або колекторним кільцем). І чим менше падіння напруги на контакті. тим менші втрати енергії при передачі струму і тим вищий ККД двигуна.

Коефіцієнт тертя безпосередньо впливає на знос вугільної щітки і робочий опір двигуна. А нижчий коефіцієнт тертя може зменшити знос вугільної щітки, продовжити термін її служби. А також зменшити споживання енергії та нагрівання двигуна.

Швидкість зносу є важливим показником для вимірювання терміну служби вугільної щітки. А вугільна щітка з низьким ступенем зносу може підтримувати хорошу продуктивність протягом тривалого часу. Зменшення витрат на технічне обслуговування та часу простою двигуна.

Щільність струму - це сила струму, яку вугільна щітка може витримати на одиницю площі. Для сильнострумових двигунів необхідно вибирати вугільну щітку з більшою щільністю струму, щоб забезпечити стабільну роботу.

Робочі переваги вугільних щіток

Вугільні щітки мають багато експлуатаційних переваг. Перш за все, її хороша електропровідність може ефективно зменшити втрати енергії двигуна і підвищити ефективність роботи двигуна. По-друге, самозмащення вугільної щітки може зменшити тертя і знос між нею і комутатором (або колекторним кільцем). Це не тільки продовжує термін її служби, але і зменшує пошкодження комутатора (або колекторного кільця).

Крім того, вугільна щітка має високу механічну міцність і стабільність. І може адаптуватися до відцентрової сили і вібрації, що створюються двигуном на високій швидкості. А також до різних навантажень у складних умовах, щоб забезпечити надійну роботу двигуна в різних умовах експлуатації. Крім того, вугільна щітка має сильну адаптивність до поверхні комутатора (або колекторного кільця). Він може автоматично регулювати прилягання між контактними частинами до певної міри. Забезпечити стабільність електричного контакту. І зменшити несправності, спричинені поганим контактом, такі як запалювання та нагрівання.

Поширені несправності та обслуговування вугільних щіток

Поширені типи несправностей

Надмірний знос: Довжина вугільної щітки значно скорочується, що призводить до поганого контакту з комутатором (або колекторним кільцем). Зниження продуктивності двигуна, а в серйозних випадках - неможливість запуску або переривання роботи.

Іскроутворення: контактна частина вугільної щітки і комутатора (або колекторного кільця) іскрить. Це прискорює знос вугільної щітки, впливає на стабільність і ефективність роботи двигуна. І навіть може призвести до короткого замикання.

Поганий контакт: Через недостатній тиск пружини вугільної щітки, ослаблене зчеплення щітки або масло і оксидний шар на поверхні комутатора (або колекторного кільця), передача струму блокується. Швидкість обертання двигуна нестабільна, збільшується ступінь нагрівання.

Заходи з технічного обслуговування

Регулярно перевіряйте знос вугільної щітки, вчасно замінюйте її, коли вона зноситься до початкової довжини 1/3-1/2. Вибирайте ту саму модель і технічні характеристики виробу, щоб забезпечити правильну установку.

Підтримуйте поверхню вугільної щітки та комутатора (або колекторного кільця) в чистоті. Регулярно очищайте від масла, пилу і забруднень, наждачним папером або спеціальними інструментами можна злегка відполірувати оксидний шар.

Перевірте тиск і пружність пружини вугільної щітки, відрегулюйте положення або замініть пружину, якщо вона недостатня. Затягніть ручку щітки, щоб запобігти зсуву та тремтінню вугільної щітки.

Висновок

З постійним розвитком моторних технологій вимоги до продуктивності вугільної щітки будуть ставати все вищими і вищими. А майбутнім напрямком досліджень вугільної щітки буде подальше поліпшення електропровідності, зменшення швидкості зносу, оптимізація продуктивності комутації та підвищення адаптивності до навколишнього середовища. Щоб краще задовольнити потреби в продуктивності двигуна.