Щетки и щеткодержатели электрических машин постоянного тока: назначение, материал, виды и устройство

В электрических двигателях и генераторах часто необходимо установить электрическое соединение между неподвижной и вращающейся частью устройства.

В случае статорной (т. е. неподвижной) основной обмотки электрической машины устройство от нее ответвлений для присоединения внешней неподвижной электрической системы осуществляется легко, в случае же роторной (т. е. вращающейся) основной обмотки возникает необходимость в устройстве скользящего электрического контакта, так как иначе роторная обмотка недоступна.

В первых электрических машинах щетки представляли собой пакет, собранный из медных пластинок или тонких проволочек, откуда они и получили свое название.

Щетки современных машин — это кубики, спрессованные из угольных, графитных или медных порошков, и поэтому не соответствуют своему названию, которое, однако, сохранилось за ними.

Медные, железные и бронзовые щетки, которые очень хорошо выполняли свою работу в первых машинах постоянного тока в конце XIX века, оказались не очень хорошими материалами в отношении трения. Они быстро изнашивались и в новых конструкциях машин были заменены на угольные и графитовые.

В настоящее время для машин постоянного тока применяют почти исключительно угольные щетки с примесью графита, носящие, в зависимости от процентного содержания графита и от способа изготовления щеток, названия угольно-графитовых, графитовых, либо электрографитовых. Лишь для машин на небольшие напряжения, до 30 В, применяют металло-угольные щетки, дающие меньшее падение напряжения в контактном (переходном) слое на коллекторе.

Графитовые щетки изготовляются из чистого природного графита. Графит измельчается в мелкий порошок, который затем прессуется под очень большим давлением в бруски нужных размеров. Уголь и графит являются отличными проводниками электрического тока.

Электрографитовые щетки — это, по существу, угольные щетки, но подвергнутые воздействию высокой температуры в электрической печи и превращенные таким образом в графитовые. Эти щетки обладают свойством очень хорошо пришлифовываться.

Металло-угольные щетки изготовляются из угля и меди, измельченной в мелкий порошок, иногда с прибавкой другого измельченного металла (чаще всего олова).

Изготовление этих щеток ведется таким образом, чтобы щетка обладала возможно лучшей проводимостью в осевом направлении, в котором проходит рабочий ток машины, и плохой проводимостью (большое электрическое сопротивление) в поперечном направлении, в котором происходит при коммутации замыкание добавочных токов коммутируемых секций.

Щетки для электрических машин стандартизованы. Они характеризуются твердостью, переходным падением напряжения в контакте и допустимой плотностью тока.

Эта технология передачи энергии, которой уже более ста лет, широко используется и сегодня. Угольные щетки до сих пор можно найти во многих электродвигателях. Начиная с небольших двигателей в игрушках, электрических кухонных приборов, электрических стеклоподъемников, бритв, стиральных машин, фенов, пылесосов или электроинструментов (электродрелей, угловых шлифовальных машин, кусторезов, циркулярных пил и т. д.).

Щетки также применяются в бильших машинах постоянного тока в электровозах, подводных лодках и генераторах электростанций, а также в ветряных турбинах. Соответственно разнообразны геометрические и электрические характеристики угольных щеток.

Число зон (образующих цилиндрической поверхности коллектора) установки щеток на коллекторе обычно равно числу полюсов машины. Число щеток в каждой зоне зависит от величины тока и допустимой для данного сорта щетки плотности тока под щеткой, однако меньше двух щеток на зону можно встретить только в очень маленьких машинах, так как при одной щетке на зону трудно обеспечить надежность щеточного контакта.

Щетки, стоящие в одной и той же зоне, называются зонным комплектом щеток, а совокупность всех зонных комплектов данной машины — полным комплектом щеток.

Торцевую поверхность щеток со стороны, противоположной соприкосновению с коллектором, обычно обмедняют, иногда лудят. При небольшом токе отводимом щеткой, достаточно удовлетворительные условия отвода тока обеспечиваются поверхностью соприкосновения щетки со щеткодержателем и нажимной пружиной.

Щетки больших размеров снабжают плотно надетыми на них колпачками из листовой меди и прикрепленными к ним поводками из медных гибких канатиков соответствующих сечений, с наконечниками для присоединения под винтик к щеткодержателю или к детали, предназначенной для отвода от щетки тока. Колпачок щетки с канатиком называют арматурой щетки.

Щетки удерживаются в фиксированном относительно коллектора положении щеткодержателями, конструкции которых весьма разнообразны.

Если электрическая машина предназначается для обоих направлений вращения, то применяют радиальные щеткодержатели, обеспечивающие расположение щетки по радиусу коллектора. В машинах с одним определенным направлением вращения часто применяют щеткодержатели с некоторым наклоном щетки к радиусу.

Щеткодержатель для машин постоянного тока малой и средней мощности

Щеткодержатель крупной машины постоянного тока

Щеткодержатели одной зоны укрепляют на щеточных пальцах круглого или квадратного сечения либо на щеточных бракетах. Щеточные пальцы или бракеты разных зон установки щеток укрепляют на щеточных суппортах или щеточных траверсах, от которых они должны быть надежно изолированы.

В свою очередь, щеточные траверсы крепят либо к подшипникам, либо к подшипниковым щитам, либо к ярму или, наконец, устанавливают независимо на фундаментную плиту машины (при больших длинах коллектора).

Важными условиями, которым должны удовлетворять щеточный суппорт или щеточная траверса, являются, безусловное отсутствие вибраций, доступность осмотра щеток и их регулировки, легкий съем отдельных щеткодержателей для ремонта и возможность одновременного поворота всей системы щеток для точной установки их в надлежащем для коммутации положении при сохранении полной концентричности щеткодержателей и коллектора.

Щетки, щеткодержатели, пальцы (или бракеты) и траверса (или суппорт) составляют так называемый токособирательный аппарат машины постоянного тока. В него входят также соединения между собой зонных комплектов щеток одной и той же полярности.

Для отвода тока щеточные пальцы и бракеты одноименных зон (т. е. одной и той же полярности, положительные или отрицательные) соединяют электрически друг с другом изолированным проводом соответствующего сечения.

Таким образом, получают два собирательных полных или неполных кольца, которые затем присоединяют посредством гибких кабелей соответствующего сечения к внешним зажимам машины. Последние крепят на особой доске зажимов либо к ярму, либо к фундаментной плите машины. Прикрытая защитной крышкой доска зажимов образует коробку зажимов.

Правильное применение и выбор щеток вместе с надлежащим техническим обслуживанием приводят к повышению производительности машины и снижению затрат на время простоя.

Поскольку трение, вызванное вращением устройства, вызывает абразивный износ, щетки необходимо периодически заменять. По этой причине были изобретены бесщеточные электродвигатели.

Источник

Какие бывают щетки для электродвигателей и как они маркируются

Назначение щеток для электродвигателей стиральных машин

Это деталь небольшого размера, которая состоит из мягкой длинной пружины, наконечника, имеющего форму параллелепипеда либо цилиндра, а также контакта. Их основная функция – передача электрической энергии на обмотки ротора электродвигателя машины. За счет этого происходит его вращение.

Щеткам свойственно истираться с течением времени. Происходит это из-за того, что они плотно прилегают к оси вращающегося ротора электродвигателя стиральной машины. Для их изготовления применяют мягкие токопроводящие материалы. Это необходимо, чтобы не вывести из строя элементы якоря.

Основное отличие щеток электродвигателя состоит в их прижимном элементе. Он может быть угольно – графитовым, меднографитовым или электрографитовым. Все щетки электродвигателя содержат стальную пружину и контакт из меди.

Отличительная особенность всех электродвигателей – наличие в их конструкции коллекторно-щеточного узла. Он обеспечивает электрическое соединение цепи ротора и цепей в неподвижной части мотора, и состоит из коллектора (ряда контактов на самом роторе) и щетки (подвижных контактов вне ротора, прижимающихся к коллектору).

Когда электродвигатель запущен и работает, он практически всегда искрит. Иногда это не означает ничего страшного, а иногда – сигнализирует о том, что прибор скоро выйдет из строя. В любом случае полезно знать, почему электродвигатель вообще искрит – это поможет при необходимости вовремя принять меры. В этой статье нами будут рассмотрены причины возникновения искр во время работы электродвигателя и способы борьбы с проблемами, вызывающими повышенное искрение.

Для начала определимся – непостоянный контакт щеток и коллектора по умолчанию приводит к искрению. Это обусловлено тем, что во время работы множество раз в секунду замыкается и размыкается электрическая цепь ротора.

Ротор содержит на себе обмотку. Эта обмотка представляет собой нагрузку в основном индуктивного характера. Это, в свою очередь, означает, что разрывая такую цепь, мы запускаем переходной процесс, связанный с возникновением небольших дуг от самоиндукции обмотки – как самого ротора, так и статора. Понятное дело, что щетки и пластины коллектора изнашиваются с течением времени, но иногда проблемы возникают не только из-за него.

Учитывая приведенные выше факты надо признать, что даже исправный и хорошо подогнанный электродвигатель не может работать вообще без искрения. Исправный прибор в штатном режиме развивает рабочие обороты, набирает мощность и немного искрит. Но если искр много – это серьезный повод для беспокойства.

Износ щеток как причина искрения

Первая и главная причина искрения – износ щеток. При значительном износе двигатель не сможет развить полные обороты и набрать полную мощность, вдобавок он будет очень сильно искрить и заводиться не сразу.

Как установить, что причина в этом? Если прижать изношенные щетки к коллектору отверткой или другим инструментом – это уплотнит контакт и запустит двигатель, но после ослабления прижима опять появится сильно искрение – пространство между щетками и пластинами заполнится небольшими дугами. При таких симптомах можно делать вывод, что щетки изношены и требуют замены. Иногда возможно заменить щетки отдельно, но чаще приходится заменять весь комплект, включая щеткодержатель и пружины.

Замыкание в обмотке ротора как причина искрения

Обмотка ротора в коллекторном двигателе состоит из нескольких секций. Если какая-то из них повреждена и в ней возникло межвитковое замыкание, то ток в нее будет идти с большей силой, чем в остальные. Из-за этого часть обмотки начнет перегреваться и начнет генерировать повышенное количество искр. Именно так и можно установить эту причину – искрение будет повышено только на отдельном участке, а не равномерно. Исправляется подобное перемоткой ротора или его заменой.

Неисправность обмотки статора как причина искрения

Неисправность очень похожа на предыдущую и диагностируется так же – неравномерным искрением. Если с обмоткой ротора все в порядке, то проверьте сопротивление обмотки статора – оно должно быть одинаковым для каждой из половин. Значительная разница в сопротивлении говорит о необходимости перемотки или замены статора.

Загрязнение коллектора как причина искрения

В процессе работы двигателя его щетки изнашиваются, и на коллекторе образуется графитовая пыль. Она накапливается между его пластинами и создает дополнительные нежелательные замыкания, которые, в свою очередь, искрят. В данном случае будет достаточно убрать пыль и грязь между пластинами с помощью наждачной бумаги.

Не лишним будет проверить и расположение щеток – любое их отклонение от нормального положения сильно ускоряет образование пыли и износ щеток.

Еще одна из причин загрязнения коллектора – нагар на нем из-за перегрева в ходе работы. Когда все другие причины искрения на двигатели проверены и устранены, почистите контакты коллектора от нагара – так вы улучшите контакт щеток с ним и снизите количество образующихся искр. Счищается нагар точно так же, как и графитовая пыль – наждачной бумагой. Отличие только в том, что ротор при этом нужно вращать при зажатом коллекторе.

Срок службы

Эксплуатационный срок этих элементов зависят от следующих факторов:

Щетки электродвигателя стиральной машины обычно служат достаточно долго. Их эксплуатационный срок составляет более 5 лет, а в отдельных случаях и более 10 лет. Следует отметить, что из замену выполняют нечасто. Намного чаще ломается что-то более основательное, что приводит к покупке новой стиральной машины.

Несмотря на высокую изнашиваемость они стираются или ломаются в процессе эксплуатации машины очень редко.

Когда их надо менять?

Работа щеток для стиральной машины имеет гарантированный срок службы 5 лет, а при бережной эксплуатации устройства, может превышать и десять лет. Так как щетки вплотную прилегают к оси ротора, который вращается, то со временем, эти детали истираются.

Причины быстрого износа элементов бывают разные, в частности:

Такая неправильная эксплуатация приводит к стиранию щеток в течение нескольких лет, и замена их просто необходима, так как мотор не будет работать.

Чтобы определить необходимость замены этой износостойкой детали, обратите внимание на следующие симптомы неисправности:

Важно! Для того чтобы определиться, нужна ли замена щеток в стиральной машине, сначала проверьте наличие посторонних предметов в барабане. Именно они могут создавать необычный шум. Проверьте состояние приводного ремня, а также протестируйте напряжение в сети. Неопределенный шум могут создавать и изношенные подшипники. Если после проверки все вышеперечисленные детали оказались в полном порядке и посторонних предметов в барабане не наблюдается, то приступайте к замене щеток.

Замена щеток электродвигателя

Существует несколько признаков, по которым можно определить, что вашей стиральной машине необходимы новые графитовые стержни:

Следует отметить, что при появлении сбоев в работе машинки лучше всего обратиться за помощью в сервисный центр. Ведь вышеперечисленные признаки могут возникнуть не только при выходе из строя щеток электродвигателя.

Стоимость щетки и работы мастера

Если вы решили доверить работу по замене щеток мастеру, то учтите, что на стоимость услуги могут влиять следующие факторы:

Важно! Многие сервисные центры сотрудничают с производителями бытовой техники и предлагают приобрести у них качественные щетки. В этом случае, обязательно проверьте сопроводительные документы на запчасти, чтобы не купить дешевый аналог.

Цены на щетки также разнятся, на стоимость влияют такие факторы:

Как правильно выбрать щетки для электродвигателей стиральных машин?

Выбрать их для стиралки совсем не трудно. Важно лишь учесть следующие тонкости:

Замена щеток своими руками

Выполнить их замену на стиральной машине совсем не трудно. Однако подходить к этой работе надо очень ответственно. В процессе ремонта вам понадобятся такие инструменты, как плоскогубцы, наждачная бумага и отвертки различных размеров.

Предварительная разборка

Разборка стиралки состоит из нескольких стадий:

Важно отметить, что схема разборки вашей машинки может немного отличаться от вышеописанной. Здесь все зависит от модели стиралки.

Замена деталей

Для замены щеток электродвигателя необходимо:

Двигатель с изношенными щетками

Следует отметить, что щетки стиральной машины всегда заменяют попарно.

Заключительная стадия ремонта

На завещающем этапе ремонта машины установить мотор стиралки и вернуть ее на прежнее место. Все необходимые действия выполняются в обратной последовательности:

Рекомендуется не нагружать сильно барабан машины первые 10 стирок. В это время новые щетки будут притираться.

Виды щеток

Существует несколько классов щеток, удовлетворяющих разным коммутационным условиям:

Описанные щеточные контакты применимы в промышленности, для бытового оборудования выпускают щетки марок Г33МИ, Г33, Г30, Г31.

Источник

Щетки для электрических машин: простая технология и универсальное применение

Щетки для электрических машин: простая технология и универсальное применение

Электрощетки представляют собой специальные электропроводящие детали токосъемного устройства, которые применяют для подвода тока на коллекторах и контактных кольцах электрических вращающихся машин.

Электрощетки достаточно часто используют в электрических машинах постоянного тока, условия коммутации которых достаточно тяжелы и имеется склонность к эксплуатации при ярко выраженной неравномерной нагрузке. Нередко электрощетки задействуются в малогабаритных универсальных двигателях с большим количеством оборотов, а также в крановых двигателях. Электрощетки ЭГ просто незаменимы в электромашинах вспомогательного типа подвижного состава железнодорожного транспорта.

Электрографитные щетки ЭГ изготавливают из специальной смеси графита, сажи и необходимых связующих веществ. Сама технология относительно проста, по ее завершению электрощетки подвергаются обжигу. Электрощетки главным образом складываются из обычного графита и необходимых связующих материалов. Зачастую электрощетки ЭГ находят свое применение в различных электромашинах постоянного тока, в генераторах тока высокой силы, в генераторах сварочного типа, однофазных и многофазных коллекторных двигателях, а также универсальных коллекторных двигателях, в системах прокатных станков, инструментах и электробытовых приборах различного назначения.

Электрографитные электорощетки ЭГ подвергаются специальной термической обработке в специализированных печах под высокой температурой (до 2500 С). Электрощетки могут маркироваться следующим образом: ЭГ4, ЭГ8, ЭГ2а и т.д.

Сама процедура, при которой электрощетки ЭГ подвергаются термической высокотемпературной обработке называется графитацией.

В компании «ЭлектроСтройСити» имеется возможность приобрести электрощетки ЭГ необходимой маркировки — ассортимент продукции всегда позволяет клиентам найти именно то, что им необходимо. Вся продукция, предлагаемая компанией, имеет сертификаты поставщиков и широко применяется в различных областях промышленности и быта, а ее стоимость наверняка приятно Вас удивит.

Щетки классифицируются в зависимости от применяемых материалов и особенностей технологического процесса. Они делятся на три группы:

Электрографитированые щетки

Щетки электрографитированые марок ЭГ2А, ЭГ4, ЭГ8, ЭГ14, ЭГ13, ЭГ13П, ЭГ141, ЭГ61АК, ЭГ74, ЭГ74К, ЭГ75, ЭГ841К, ЭГ64К и др. применяются в электрических машинах, генераторах и тяговых электродвигателях для железнодорожного транспорта, экскаваторах, металлургичемкой промышленности, генераторах постоянного тока автотракторного электрооборудования, электрических машинах с тяжелыми условиями коммутации т.п.

Металлографитовые щетки

Угольнографитные щетки

Щетки угольнографитные марок Г3, Г20, Г21, Г21А, Г33 и др. применяются в машинах постоянного тока и коллекторных машинах переменного тока, электродвигателях бытовой техники, двигателях электрических машин, работающих в условиях пониженного атмосферного давления и т.п.

За более подобной информацией Вы можете обратиться к официальному поставщику щеток для электрических машин — компании ООО «ЭлектроСтройСити» пр-ва ЗАО «Электроконтакт».

По материалам компании «ЭлектроСтройСити»

Источник