Определение электромагнитных факторов, способствующих возникновению искрения и воспламенения угольных щеток в электродвигателях, представляет собой сложную задачу. Важно понимать, что искрение, вызванное различными электромагнитными эффектами, находится в значительной степени в зависимости от нагрузки, однако практически не зависимо от скорости вращения.
Щетки для электрических машин: простая технология и универсальное применение
Элементы коммутатора электродвигателя играют ключевую роль в передаче электрической энергии на обмотки ротора. В процессе эксплуатации якорь вращается, и передача энергии осуществляется через специальный контакт. Чтобы обеспечить подвижный контакт, в бытовых и промышленных электродвигателях не применяются металлические пластины. Это обусловлено тем, что высокие скорости вращения могут привести к трению металла о металл, что, в свою очередь, вызывает выделение дополнительного тепла на рабочей поверхности и ускоряет истощение коллектора. По этой причине в качестве материала контакта был выбран графит или углерод, который и называется электрической щеткой.
Скользящий контакт используется для передачи и распределения электричества в коллекторах и кольцевых контактах всех типов электрических машин, включая как электродвигатели, так и генераторы. Такой контакт, обеспечивающий надежность и эффективность работы, называется электрической щеткой.
Щетки электродвигателей могут быть как с металлическим проводником, так и без него. Проводник прикрепляется к щетке посредством обжима, опрессовки или сварки. Существует несколько типов проводников для щеток, обладающих различными характеристиками:
- МПЩ – это специальный многожильный провод, изготовленный из медной проволоки, обладающий высокой проводимостью;
- ПЩ – гибкий провод, произвеженный из медного проволочного плетения;
- ПЩС – универсальный провод, обладающий повышенной гибкостью, что делает его более адаптированным к различным условиям эксплуатации.
Токопроводящая жила снабжена специальными контактными клеммами. Проводник обычно имеет контактные штыри, при помощи которых он крепится к болту щеткодержателя. Зажимы для таких проводников бывают различных конструкций: вилочные, флажковые, двойные и листовые, что позволяет выбирать наиболее подходящее решение для конкретной задачи.
Читайте также: Как работает ручка чайника. Принцип работы чайника.
Диагностика неисправностей в работе УШМ
Проблемы, возникающие в работе угловых шлифовальных машин (УШМ), могут быть замечены внимательным пользователем задолго до того, как инструмент выйдет из строя. Обычно шлифмашина начинает подавать первые сигналы о неполадках, прежде чем окончательно сломаться. Эти сигналы могут включать:
- увеличенную вибрацию корпуса во время работы;
- избыточное искрение щеток коллектора;
- гудение мотора, напоминающее утробное, во время включения;
- треск редуктора, вызванный сломанными зубьями или пересохшими шестернями без смазки;
- подклинивание подшипников вращающегося вала ротора или их громкий скрип во время разгона;
- характерный запах или даже дым, исходящий из корпуса УШМ.
Чтобы избежать длительных и дорогостоящих ремонтов, крайне важно следить за техническим состоянием инструмента и оперативно реагировать на любые изменения в его работе.
При первых же признаках неисправности отрезного станка необходимо немедленно провести диагностику инструмента и выяснить причину проблемы. Для этого рекомендуется проверить две основные системы машины — электрическую и механическую.
Виды щеток
Существует множество типов щеток, каждая из которых предназначена для специфических условий коммутации:
- Графитовые щетки. Эти щетки изготовлены на основе графита с добавлением различных наполнителей, таких как сажа и другие вещества. Они предназначены для легкой коммутации в генераторах и двигателях. Наиболее распространенные марки – ЭГ61А и Г20.
- Угольно-графитовые щетки. Эти щетки обладают небольшой прочностью и предназначены для малых механических нагрузок. Популярные марки включают Г21 и Г22.
- Электрографитные щетки. Такие щетки отличаются повышенной механической прочностью и высокой степенью насыщенности углерода. Они применяются для выполнения коммутации средней степени сложности и способны выдерживать большие токовые нагрузки. Основные марки – ЭГ2А, ЭГ74, ЭГ14, ЭГ4 и ЭГ841.
- Металло-графитовые щетки. Эти щетки, известные как меднографитовые, содержат медный, оловянный и графитовый порошок с добавлением различных наполнителей. Они обладают высокой прочностью, стойкостью к различным воздействием и применяются в условиях высокой и средней сложности. Они востребованы при эксплуатации генераторов низкого напряжения. Основные марки: МГ, МГС, МГС 5, МГС 20, МГС 51, МГСОА, МГСО, МГСО1М, М1А и М1.
Указанные щеточные контакты в первую очередь предназначены для промышленного применения, в то время как для бытовых приборов доступны категории щеток G33MI, G33, G30 и G31.
Щетки электродвигателя
В продолжение темы скользящего контакта следует отметить, что он применяется для распределения и передачи электрической энергии в коллекторах или кольцевых контактах всех типов электрических машин, таких как электродвигатели и генераторы. Эти щетки могут быть как с металлическим проводником, так и без него. Прикрепление проводника к щетке осуществляется через обжим, опрессовку или сварку.
Проводники щеток классифицируются на три типа:
- МПЩ – это многожильный провод, который изготовлен из медной проволоки;
- ПЩ – это гибкий провод, которому характерна медная проволока в виде плетения;
- ПЩС – это универсальный провод с повышенной гибкостью.
Токопроводящая жила включает контактные клеммы, что упрощает подключение. Проводник оснащен контактными штырями, которые крепятся к болту щеткодержателя. Зажимы могут варьироваться по типу: от вилочных до флажковых и листовых, что позволяет пользователям найти оптимальный вариант для конкретного электродвигателя.
Виды щеток
Разнообразие щеток обусловлено тем, что каждая из них отвечает определённым условиям взаимодействия при коммутации. Наиболее известные виды включают:
- Графитовые щетки. Они производятся из графита с добавлением различных наполнителей. Основное назначение – применение в легкой коммутации для генераторов и двигателей. Примеры марок: ЭГ61А и Г20.
- Угольно-графитовые щетки. Эти щетки имеют малую прочность и предназначены для небольших механических нагрузок. Известные марки: Г21 и Г22.
- Электрографитные щетки. Предназначены для выполнения коммутации средней степени сложности, обладают высокой механической прочностью и способны выдерживать большие токовые нагрузки. Наиболее часто встречающиеся марки: ЭГ2А, ЭГ74, ЭГ14, ЭГ4 и ЭГ841.
- Металло-графитовые щетки. Основными компонентами этих щеток являются медный, оловянный и графитовый порошок. Они показаны для условий средних и высокой сложности, отличаются высокой прочностью и стойкостью к различным агрессивным воздействиям. Основные марки включают МГ, МГС, МГС 5, МГС 20, МГС 51, МГСОА, МГСО, МГСО1М, М1А и М1.
Названные щётки в основном применяются в промышленной деятельности, тогда как для бытовых нужд существуют специализированные категории щеток, такие как G33MI, G33, G30 и G31.
Выбор щеточного контакта
При выборе щеток для электродвигателей бесспорно важным является знание параметров применяемых щеток. Важно отметить, что новая щетка должна не только соответствовать геометрическим размерам оригинала, но и быть аналогичной по качеству графита, типу проволоки и её сечению. Использование щеток другой марки допустимо, однако важно учитывать твердость щетки двигателя и условия, в которых она будет работать. Толщина проволоки не должна быть ниже, чем у оригинальной щетки, при этом упругость должна быть идентичной. Среди основных ошибок при выборе щеточного контакта можно выделить:
- Установку более жесткого графитового контакта в тех случаях, когда изначально использовались более мягкие. Это в большинстве случаев ведет к быстро вызываемому износу коллектора;
- Применение так называемых «универсальных» щеток на всех участках, что может нарушить нормальную работу устройства;
- Ориентирование на маркировку графита на старой щетке электродвигателя при покупке новой щетки. Маркировка графита не является показателем характеристик конкретного контакта!
Читайте также: География лесного хозяйства.
Назначение
Для обеспечения работы двигателя постоянного тока необходимо подвести электроэнергию к ротору. Это требует наличия надежного источника питания, который также должен обладать смазывающими свойствами. Поэтому щетки, выполненные из графита, прекрасно подходят для работы в качестве скользящего контакта.
В частности, щетки для стиральных машин, выполненные из графита, необходимы для передачи электрического тока на вращающийся якорь двигателя.
Такие щетки обеспечивают надежный контакт с коллектором и отличаются продолжительным сроком службы. Однако при их установке стоит строго соблюдать полярность, чтобы избежать нежелательного вращения двигателя в противоположном направлении.
Виды
Несмотря на многообразие конструкций и размеров, щетки между собой отличаются по материалу, из которого они изготовлены.
Графитовые
Эти щетки, которые также называют угольными, производятся из чистого графита, и имеют доступную цену. Они обладают оптимальным соотношением цены и срока службы, что способствует их широкому распространению. Срок службы графитовых щеток составляет от 5 до 10 лет, в зависимости от частоты использования и нагрузки на машину.
Меднографитовые
Данные щетки содержат медные включения, а также могут включать олово. Их преимуществом является долгий срок службы и высокая стойкость, что, в свою очередь, способствует увеличению срока эксплуатации коллектора. Однако недостатком является то, что требуется длительное время для их эксплуатации, прежде чем они начнут показывать свою эффективность.
Электрографитовые, или электрощетки
Эти щетки отличаются от угольных коллекторов способом своего изготовления. Они создаются путем обработки смеси углеродного порошка, связующего элемента и каталитических добавок при высокой температуре, в результате чего начинается формирование однородной смеси.
Преимущества таких щеток включают высокую проводимость, низкий коэффициент трения и долгий срок службы.
Вышеуказанные щетки могут быть оснащены пусковой системой, которая автоматически отключает двигатель, когда стержень щетки достигает предела износа.
Внутри стержня расположен пружинный механизм с изолирующим наконечником, который при достижении рабочей длины менее критического значения разжимается и толкает наконечник на коллектор. Когда это происходит, цепь размыкается, и двигатель останавливается.
Причины и признаки неисправности
Как и любая другая движущаяся деталь, щетки подвержены износу. Повреждения могут проявляться в самых различных формах.
Ниже перечислены наиболее типичные признаки неисправностей:
- сниженная мощность электродвигателя, который может не набирать обороты и останавливается в любой момент;
- появление постороннего шума, таких как треск или писк;
- неэффективный отжим белья;
- характерный запах гари, паленой резины или пластмассы;
- заметное искрение двигателя;
- машина не включается, и во время самодиагностики отображается код ошибки.
При обнаружении этих симптомов рекомендуется немедленно отключить прибор от сети и воздержаться от его использования до завершения профессионального ремонта. В противном случае могут возникнуть серьезные повреждения, вплоть до полного разрушения двигателя и панели управления.
Рекомендуется заменять графитовые стержни, когда их рабочая длина сокращается до одной трети от первоначальной длины, то есть при износе до 7 миллиметров. Для проверки износа можно воспользоваться линейкой; однако для этого потребуется снять стеклоочистители.
В целом стоит отметить, что щетки являются изнашиваемой деталью. Они подвержены постоянному износу, поэтому их поломка — это вопрос времени. Однако стоимость их замены не является высоком. Главным является правильный выбор и установка этого необходимого компонента.
Угольнографитные щетки
Угольнографитные щетки, такие как типы G3, G20, G21, G21A, G33 и др., используются в электрических машинах постоянного и переменного тока коллекторного типа, а также в устройствах бытовой техники и в электродвигателях, работающих в условиях низкого атмосферного давления.
| Марка | Твердость, кПа×10 4 | Удельное электрическое сопротивление, мкОм×м | Номинальная плотность тока, А/см2 | Максимально допустимая линейная скорость, м/с | Переходное падение напряжения на щёточной паре, В |
|---|---|---|---|---|---|
| Г3 | 7-19 | 8-20 | 12 | 60 | 1,9 |
| Г20 | — | 35-100 | 15 | 40 | 2,9 |
| Г21 | 20-60 | 150-450 | 8,5 | 30 | 2,5-5,5 |
| Г21А | 20-60 | 150-400 | 10 | 25 | 3,0-6,0 |
| Г33 | 18-64 | н/б 900 | 10 | 35 |
Для получения более подробной информации о щетках для электрических машин следует обращаться к официальным поставщикам, таким как ООО «ЭлектроСтройСити» и ЗАО «Электроконтакт».
Информация предоставлена ООО «ЭлектроСтройСити».
Особенности подбора
Перед покупкой щеток для электродвигателя крайне важно внимательно рассмотреть вопрос об их выборе. Если установленные щетки пришли в износ, желательно определить их основные параметры для правильной замены. Важными факторами здесь являются геометрическая форма, размер и тип графита.
Обратите внимание на тип проволоки и ее сечение. Если не удалось найти точное соответствие для замены, стоит использовать аналог с такой же твердостью и допустимыми условиями эксплуатации. По поводу сечения важно помнить, что толщина проводника должна соответствовать оригинальной щетке с адаптацией к степени гибкости.
Если вы решили выбрать графитовые щетки, имейте в виду, что они могут быть как жёсткими, так и мягкими. Однако медь в коллекторе также может различаться по жесткости. При выборе неподходящих вариантов один из элементов может быстрее выйти из строя из-за повышенного трения и ускоренного износа.
Щетки различаются также по активному сопротивлению, что критически важно как для расчета параметров обмотки, так и для стабильных характеристик коммутации. Щеточный узел должен быть в гармоничном взаимодействии с остальными компонентами, поэтому важно учитывать характеристики зажимного устройства, параметры проводников и контактных групп.
Степень зажатия играет важную роль в надежности работы устройства. Если давление контакта чересчур высоко, это может привести к перегреву коллектора и щеточного узла. В то же время слишком низкое контактное давление может стать причиной возникновения дуги, что также неблагоприятно сказывается на функционировании устройства.
Фотографии щеток электродвигателя демонстрируют различные типы щеток, однако не все из них подходят для определенных применений. Например, медно-графитовые разновидности не рекомендуется использовать в электроинструментах. Эти щетки могут привести к чрезмерному перегреву и высоким токам, вызывающим проблемы в работе обмоток.
Причины неисправностей и замены
Роль щеток в электродвигателе нельзя недооценивать, поэтому следует максимально уменьшить факторы, способствующие их поломке.
- Скопление нагара или грязи на поверхности коллектора. Для решения проблемы необходимо провести его очистку с использованием наждачного полотна;
- Накопление графитовой пыли или медного порошка, что может привести к замыканию контактов. В этом случае следует оперативно удалить все перемычки с помощью ножа или другого острого инструмента;
- Если контакты имеют разные уровни сопротивления, это может свидетельствовать о неправильно подобранных щетках по основным параметрам, что также чревато искрением. В таких случаях необходимо либо заменить щетки своими руками, либо обратиться в сервисный центр;
- Полная выработка ресурса щеток. Это также требует их замены;
- Замыкание в межвитковом участке обмоток якоря. В этом случае требуется проверить работоспособность якоря и при необходимости произвести его замену.
Даже с правильно подобранными щетками стоит дать им время для обкатки. Рекомендуется сначала запустить двигатель без нагрузки. Также важно регулярно очищать коллектор, и использование специальных смазочных материалов может значительно продлить срок службы всей машины.
Фото щеток для электродвигателей
