щетка электродвигателя

Обзор угольной щетки для электродвигателей
Угольная щетка – это устройство, передающее энергию или сигнал между неподвижной и вращающейся частями электродвигателя, генератора или другого вращающегося механизма. Обычно она изготовлена из чистого углерода с добавлением связующего вещества и имеет форму блока, закрепленного в металлическом держателе, внутри которого пружина прижимает его к валу. Например, при проверке после бурения нефтяной скважины сигнал передается с вращающейся части (барабан с кабелем, обмотанным проволокой) на поверхность через угольную щетку. Внешне угольная щетка напоминает ластик для карандашей с выводами для проводов. Щетки бывают разных размеров и широко применяются в различных электрических устройствах как элемент скользящего контакта. Основные материалы для изготовления щеток включают в себя электрофицированный графит, пропитанный графит и металлический графит (с добавлением меди или серебра).

Функция угольной щетки
В двигателях с угольными щетками угольная щетка находится на поверхности коллектора и при вращении двигателя передает электрическую энергию через коллектор к обмотке. Основной компонент щетки – углерод, отсюда и название “угольная щетка”. Она подвержена износу, поэтому требует регулярного обслуживания, замены и очистки от нагара.

Классификация угольных щеток
Угольные щетки делятся на резиновые, электрофицированные и цветные металлы, в зависимости от материала и технологии они используются в различных типах электродвигателей. Как выбрать щетку с хорошими эксплуатационными характеристиками?

1. Щетка должна быстро образовывать равномерную, умеренную и стабильную окисленную пленку на поверхности коллектора или кольца.
2. Срок службы щетки должен быть долгим, при этом она не должна изнашивать коллектор или кольцо.
3. Щетка должна обеспечивать хорошее коммутационное и токосъемное качество, чтобы искрообразование оставалось в допустимых пределах и было минимальное энергопотребление.
4. Во время работы щетка не должна перегреваться, производить шум, быть надежно закрепленной и не повреждаться.

Установка угольных щеток

1. Угольная щетка должна свободно перемещаться внутри держателя, зазор между щеткой и стенкой держателя должен составлять 0,1-0,3 мм, чтобы избежать чрезмерного раскачивания щетки в держателе. Расстояние от нижнего края держателя до поверхности коллектора должно составлять около 2 мм.
2. В одном электродвигателе рекомендуется использовать угольные щетки одного типа. Однако для крупных и средних двигателей с особыми требованиями к коммутации можно применять двойные щетки: одна с хорошими смазочными свойствами на входе и другая с высокой способностью подавления искр на выходе.
3. Давление на угольные щетки в одном двигателе должно быть равномерным, чтобы избежать неравномерного распределения тока, что может привести к перегреву и образованию искр на отдельных щетках. Давление должно быть выбрано в соответствии с “Таблицей технических характеристик угольных щеток”. Для двигателей с высокой скоростью или работающих в условиях вибрации давление должно быть повышено для обеспечения нормальной работы. Например, давление угольных щеток в тяговых двигателях составляет 0,4-0,6 кгс/см².

Проверка угольных щеток

1. Визуально щетки должны быть правильно сняты, иметь надлежащие размеры, соответствующую конструкцию, сечение и длину провода. Не должно быть следов ослабления, отслаивания, повреждения, износа кромок, углов или зажимов.
2. По эксплуатационным показателям можно выделить следующие признаки хорошей работы щеток:
   1. Долговечность и отсутствие износа коллектора или кольца.
   2. Хорошие коммутационные и токосъемные свойства, минимальные искрообразование и энергопотребление.
   3. Отсутствие перегрева, шума и повреждений при работе.
   4. Способность быстро образовывать равномерную, умеренную и стабильную окисленную пленку на поверхности коллектора или кольца.
3. Проверка угольных щеток с помощью приборов. С технической точки зрения щетки должны соответствовать национальным стандартам. Приборы позволяют проверить такие характеристики щетки, как удельное сопротивление, твердость по Роквеллу, объемную плотность, плотность тока, контактное падение напряжения, коэффициент трения, износ за 50 часов, допустимую окружную скорость, давление и даже содержание металла.
4. В одном двигателе следует использовать щетки одного типа и одного производителя. Производительность щеток может сильно различаться в зависимости от производителя, а также от времени производства. Поэтому рекомендуется использовать щетки одного типа, одного производителя и, по возможности, одной партии, чтобы избежать неравномерного распределения тока и обеспечить нормальную работу двигателя.
5. Для крупных и средних двигателей с особыми требованиями к коммутации можно использовать разделенные угольные щетки. Это улучшает коммутацию за счет увеличения внутреннего тока короткого замыкания. Для двигателей с трудностями при однонаправленном вращении можно применять комбинированные щетки, с низким сопротивлением графитовых щеток для входного края и высокоомных угольных щеток для выходного края, что улучшает коммутацию и способствует образованию окисленной пленки. На выходном крае также можно использовать щетки из углеволокна для усиления дугогасительных свойств, что обеспечивает оптимальную работу двигателя.

Замена угольных щеток

1. Когда угольные щетки изнашиваются до определенного уровня, их необходимо заменить. Желательно заменить все щетки сразу, так как смешивание старых и новых может привести к неравномерному распределению тока. В случае крупных установок, где остановка для замены щеток повлияет на производство, можно проводить замену без остановки. Мы рекомендуем заменять 20% щеток за один раз (20% от каждой держателя щеток на каждом двигателе) с интервалом в 1-2 недели, чтобы обеспечить непрерывную работу установки.
2. Для обеспечения хорошего контакта угольных щеток с коллектором новые щетки должны быть обкатаны. Обкатка обычно проводится на двигателе. Между угольной щеткой и коллектором размещается мелкая стеклянная наждачная бумага, и щетки обрабатываются по направлению вращения двигателя под нормальным пружинным давлением. Наждачная бумага должна плотно прилегать к коллектору до тех пор, пока поверхность щетки не совпадет с коллектором. Затем наждачная бумага удаляется, пыль сдувается сжатым воздухом, а поверхности очищаются мягкой тканью. Не рекомендуется использовать алмазную наждачную бумагу, чтобы избежать встраивания частиц в канавки коллектора, что может повредить поверхность щетки и коллектора во время работы двигателя. После обкатки двигатель должен работать с нагрузкой 20-30% в течение нескольких часов, чтобы щетки и коллектор притерлись и образовалась равномерная окисленная пленка. После этого нагрузка постепенно увеличивается до номинальной.

Функции и особенности угольных щеток
Основная функция угольной щетки – проводимость электрического тока и обеспечение электрического контакта при трении о металл. В отличие от трения металл о металл, где трение может увеличиваться и контактные поверхности могут спекаться, угольная щетка не создает таких проблем, так как углерод и металл являются различными элементами. Угольные щетки в основном используются в электродвигателях и имеют различные формы: квадратные, круглые и другие. Угольные щетки применяются в различных электродвигателях, генераторах и колесных машинах. Они обеспечивают хорошую коммутацию, долговечность и используются в коллекторе или скользящем кольце двигателя для передачи тока. Они обладают хорошей проводимостью, теплопроводностью, смазывающими свойствами, а также определенной механической прочностью и способностью подавлять искрообразование. Почти все электродвигатели используют угольные щетки, которые являются важным компонентом двигателей. Они широко применяются в различных типах генераторов постоянного и переменного тока, синхронных электродвигателей, тяговых двигателей, токоприемников и других электрических устройствах.

Основные технические параметры угольных щеток

1. Сопротивление (удельное сопротивление)
2. Твердость (твердость по Роквеллу)
3. Объемная плотность
4. Плотность тока
5. Контактное падение напряжения
6. Коэффициент трения
7. Износ (износ за 50 часов)
8. Допустимая окружная скорость
9. Давление
10. Содержание металла

Материалы для угольных щеток

1. Углеродно-графитовые щетки: изготавливаются из порошков углерода и графита с добавлением связующих, которые подвергаются термической обработке и спеканию. Эти щетки имеют низкий коэффициент трения и высокую температуру плавления, подходят для использования в двигателях средней и высокой мощности.
2. Графитовые щетки: изготавливаются из углеродных порошков с добавлением связующих и обжигаются при высокой температуре. Они имеют низкий коэффициент трения и высокую теплопроводность, подходят для высокоскоростных и высокотемпературных условий.
3. Металлографитовые щетки: содержат металлические частицы, которые улучшают теплопроводность и электрическую проводимость щетки. Они подходят для высокоскоростных и высокотемпературных двигателей.
4. Электрографитовые щетки: изготавливаются из углеродных порошков с добавлением графита и электропроводящих добавок, таких как металлы. Они обладают высокой теплопроводностью и стойкостью к износу, подходят для двигателей средней и высокой мощности.