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

Онлайн помощник домашнего мастера

Щетки для электродвигателей: советы по выбору нужной модели, инструкция по замене и ремонту своими урками

В бытовых условиях мы очень часто используем электроинструмент. А что говорить о профессионалах, деятельность которых напрямую связана с применением разнообразных приборов с электродвигателем. В процессе интенсивной эксплуатации такие агрегаты очень часто изнашиваются, что приводит к поломке.

Часто причиной может выступать неисправность щеток. Для чего нужны щетки в электродвигателе, как они устроены, и что нужно сделать для замены, мы расскажем в данной статье.

Краткое содержимое статьи:

В чем состоит назначение

Передача электроэнергии на якорные обмотки в электродвигателе производится при помощи коллекторного узла. Из-за вращения якоря в процессе работы электроинструмента для передачи нужен контакт. Причем он должен быть подвижным, а поэтому использование металла не допустимо. Ведь число оборотов значительно, что сопровождается сильным трением.

В таком случае при контакте металла с металлом происходил бы перегрев поверхностей. Коллектор достаточно быстро вышел бы из строя. Решить проблему удалось при помощи изготовления контакта из угля или графита.

Щетки в электродвигателе создают контакт скользящего типа. Они выступают элементом механизма, который позволяет перевести механическую энергию в электрическую.

Главное назначение щеток для электродвигателей состоит в снятии и подведении электротока на коллекторах, в том числе и от контактных колец.

Основные характеристики устройств

Щетки могут выпускаться вместе с проводниками. Их изготавливают из металла. Но существуют модификации и без проводников. Чтобы закрепить провод на конструкции щетки используется несколько разных вариантов – развальцовкой, впрессовкой, пайкой.

При этом сами тоководы различаются марками. Они могут быть многожильными из медной проволоки (МПЩ), гибкими, отличающимися плетением из аналогичной проволоки (ПЩ), универсальными с повышенной степенью гибкости (ПЩС).

Рассматривая описание щеток для двигателей, нужно отметить наличие наконечников контактного типа на проводе. Они необходимы для более качественного крепления болтами держателей, расположенных на щетках. Для удобства такие наконечники различаются по форме – вилочные, флажковые, двойные и пластинчатые.

Электрощетки должны обеспечивать заданный режим функционирования основного и вспомогательного электрооборудования с минимальными расходами на ремонтно-обслуживающие работы.

Разновидности изделий

Особенности подбора

Планируя покупку, следует подробно изучить, как выбрать щетки для электродвигателя. Если установленные щетки износились, то целесообразно определить их основные параметры, что поможет в последующем правильно заменить устройства. Важны также геометрические формы, размер, марка графита.

Не следует забывать и о типе провода, а также его сечении. Если подобрать точное совпадение по марке не удастся – не отчаивайтесь. Следует взять аналог с тем же уровнем твердости и допустимым режимом работы. А вот по сечению имеются определенные нюансы – толщина проводника должна быть равной оригиналу и соотноситься по степени гибкости.

Если вы выбираете графитовые щетки, то учитывайте, что они могут быть жесткими и мягкими. При этом медь на коллекторе также отличается по жесткости. Когда вы выбираете несовпадающие варианты, то один из элементов будет выходить из строя быстрее из-за высокой силы трения и износа.

Щетки различаются и по уровню активного сопротивления. Это важно знать для расчета параметров обмоток и характеристик ПРУ. Щеточный узел должен работать согласованно. Поэтому следует учесть особенности прижимного блока, характеристики направляющих и контактных групп.

От степени прижима зависит надежность работы. Если прижатие чрезмерное, то коллектор и щеточный блок могут перегреваться, а при недостаточной степени прижима возможно искрение.

На фото щеток для электродвигателей представлены разные их модификации. Однако не все из них могут применяться в конкретных условиях. Например, не рекомендуется монтировать в электроинструменте генераторные модификации медно-графитовых изделий. Чрезмерный перегрев и высокие токи приведут к проблемам с работоспособностью обмоток.

Причины неисправностей и замены

Роль щеток в электродвигателе неоспорима. Поэтому целесообразно минимизировать действие факторов, которые приводят к их неисправности.

Даже если щетки подобраны правильно, рекомендуется выделить время на их притирку. Для этого целесообразно запускать мотор вхолостую, не нагружая его. Также коллектор должен регулярно очищаться, а использование специальных смазок поможет продлить срок службы всей конструкции.

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