Termokings.ru

Домашний Мастер
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Графитовые щётки

Графитовые щётки. Элемент жизни электроинструмента

Широкое распространение электроинструмента облегчило работу всем — как профессионалам, так и любителям. Часто даже у людей, неработающих с автоматическим инструментом каждый день, для бытовых целей дома есть электролобзик, дрель или шуруповёрт. Интенсивное использование различных электрических аппаратов приводит со временем к износу и поломкам. Соответственно, появляется необходимость ремонта. Одной из самых частых поломок является отказ электродвигателя инструмента из-за износа графитовых щёток.

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.

Виды щеток

Существует несколько классов щеток, удовлетворяющих разным коммутационным условиям:

  • Графитовые щетки. Изготовлены они на основе графита с добавлением наполнителя в виде сажи и других веществ. Предназначены щетки для коммутации легкой степени в генераторах и двигателях. Выпускаются марок ЭГ61А и Г20.
  • Угольно-графитового типа. Щетки малой прочности для небольших механических нагрузок. Марки Г21, Г22.
  • Электрографитного типа. Щетки повышенной механической прочности, насыщенные углеродом. Выполняют коммутацию средней степени сложности. Выдерживают большие токовые нагрузки. Бывают марок ЭГ2А, ЭГ74, ЭГ14, ЭГ4, ЭГ841.
  • Металло-графитового типа (меднографитовые щетки для электродвигателей). Основным компонентом щетки является медный, оловянный и графитовый порошок. К ним идут разные наполнители. Щетки обладают высокой прочностью, не пропускают газовую и жидкую среду. Применимы в высокой и средней сложности условиях коммутации. Обеспечивают функционирование генераторов низкого напряжения. Марки имеют МГ, МГС, МГС 5, МГС 20, МГС 51, МГСОА, МГСО, МГСО1М, М1А, М1.

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

Прямой привод

Бесколлекторный двигатель называют также инверторным или мотором с прямым приводом. Это самая новая технология, разработанная корейским концерном LG. Распространение данного типа двигателей началось в середине 2005, с тех пор благодаря своей отличной работе, долговечности и компактности инверторный привод прочно занимает лидирующую позицию.

Сегодня эту технологию используют и другие компании, среди которых Haier, Samsung и Whirpool. Надежность, значимое превосходство прямых приводов над коллекторными и асинхронными двигателями, возможность сильно уменьшить габариты стиральных машин, устойчивость к износу, небольшое количество деталей и другие преимущества заметно расширили область применения бесколлекторных двигателей. Их оценили и начали использовать также в технике от Bosh и AEG.

В устройстве такого двигателя лишь ротор и статор, как и у асинхронного. Однако действие его совершенно иное. Привод присоединяется напрямую к барабану, что исключает применение соединительных элементов – самых уязвимых частей моторов. Управляющая схема в таких двигателях трехфазного инверторного типа.

Главные достоинства моторов этого типа такие:

  • простота конструкции;
  • удобное расположение в стиральной машине;
  • компактность;
  • низкий уровень колебания машинки;
  • КПД выше, чем у остальных видов двигателей;
  • отсутствие ремня и щеток, требующих регулярного обслуживания;
  • относительная бесшумность.

Единственный значимый недостаток прямых двигателей не связан с потребителями, он больше задевает производителей – схема управления довольно сложна и ее разработка требует больших усилий, чем при создании электросхемы коллекторного двигателя. Это дополнительно увеличивает цену на инверторные стиральные машины от Электролюкс, Бош и остальных компаний.

Щетка 25х10х8 EKL M9 для железнодорожных кранов ЕДК-25, ЕДК-50, ЕДК-80, ЕДК-200, ЕДК-500, ЕДК-1000, ЕДК-2000

Коллекторный узел электродвигателя необходим, чтобы передать электроэнергию на обмотки якоря. Так как якорь производит вращательное движение во время работы, передача осуществляется через специальный контакт. Для организации подвижного контакта во всех бытовых и промышленных двигателях не используют пластины из металла. Это обусловлено высокими оборотами, при которых трение металла об металл производило бы дополнительный нагрев рабочей поверхности и быструю выработку коллектора. Поэтому в качестве контакта был выбран графит либо уголь. Получил он название — электрическая щетка.

Читать еще:  Можно ли поднять дом домкратом своими руками?

Щетки электродвигателя Контакт скользящего типа, предназначенный для подведения и отведения электричества на коллекторах либо кольцевых контактах всех типов электрических машин (электродвигатели и генераторы), получил название электрощетки.

Щетки электродвигателя выпускают как с проводниками из металла, так и без них. Закрепление провода в щетке выполняют методом развальцовки, впрессовки либо при помощи пайки.

Тоководы щеточные бывают таких марок:

МПЩ – специальный тип провода многожильный, изготовленный из проволоки медной;

ПЩ – гибкий тип провода медного проволочного плетения;

ПЩС – провод универсальный с повышенным показателем гибкости.

На подводящем проводе предусмотрены контактные наконечники. С помощью них провод закрепляется болтом щеточного держателя. Наконечники бывают вилочного, флажкового, двойного и пластинчатого типа.

Виды щеток

Существует несколько классов щеток, удовлетворяющих разным коммутационным условиям:

Графитовые щетки. Изготовлены они на основе графита с добавлением наполнителя в виде сажи и других веществ. Предназначены щетки для коммутации легкой степени в генераторах и двигателях. Выпускаются марок ЭГ61А и Г20.

Угольно-графитового типа. Щетки малой прочности для небольших механических нагрузок. Марки Г21, Г22.

Электрографитного типа. Щетки повышенной механической прочности, насыщенные углеродом. Выполняют коммутацию средней степени сложности. Выдерживают большие токовые нагрузки. Бывают марок ЭГ2А, ЭГ74, ЭГ14, ЭГ4, ЭГ841.

Металло-графитового типа (меднографитовые щетки для электродвигателей). Основным компонентом щетки является медный, оловянный и графитовый порошок. К ним идут разные наполнители. Щетки обладают высокой прочностью, не пропускают газовую и жидкую среду. Применимы в высокой и средней сложности условиях коммутации. Обеспечивают функционирование генераторов низкого напряжения. Марки имеют МГ, МГС, МГС 5, МГС 20, МГС 51, МГСОА, МГСО, МГСО1М, М1А, М1.

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

Выбор щеточного контакта

Самое важное при подборе щеток электродвигателя — знать параметры выработанных щеток. Кроме геометрических размеров, новая щетка должна совпадать по марке графита, типу и сечению провода. Необязательно брать ту же марку, как у оригинала, но твердость щетки электродвигателя и режимы работы должны совпадать. Толщина провода не должна быть меньше оригинала, а гибкость соответствовать.

Основные ошибки при подборе щеточного контакта:

Установка более жесткого графитового контакта туда, где использовались более мягкие. Результатом может стать быстрый износ коллектора.

Установка «универсальных» щеток повсеместно. Это может нарушить режим работы устройства.

Ориентировка при покупке щетки на маркировку графита сбоку старой щетки электродвигателя. Маркировка графита – это не маркировка параметров контакта!

Почему щетки искрят

Искрение щеток, скользящих по коллектору, закономерно, ведь в момент перехода от одной ламели к другой происходит дуговой микроразряд. При правильном функционировании двигателя, исправности и соответствии всех элементов оно едва уловимо глазом. Но если сильно искрит щетка электродвигателя, причина говорит о неполадках в работе. Игнорирование этого процесса чревато выходом из строя якоря.

Причины, из-за которых искрят щетки, следующие:

Образование нагара либо загрязнений на коллекторе. Возможно при продолжительной работе двигателя без технического обслуживания на контактах коллектора образовалась тонкая пленка из нагара. Она имеет повышенное сопротивление, что приводит к искрообразованию. Устранить неполадку можно, обработав коллектор наждачной бумагой нулевой зернистости (в направлении, куда вращаются щетки).

Замыкание соседних контактов коллектора пылью от графита или мелким медным порошком. В этом случае в цепях возрастают токи, что приводит к сильному искрообразованию. Перемычки следует аккуратно устранить острым предметом.

Читать еще:  Станок универсально-заточный модели ВЗ-818 (ВЗ-318)

Неправильный подбор параметров щеток. В результате несоответствия сопротивления контактов также будут искры на коллекторе. Нужно заменить графитовые щетки, основываясь на технической документации двигателя.

Межвитковое замыкание в обмотках якоря. Проверить якорь и заменить в случае неисправности.

Замена щеток электродвигателя

Менять щетки необходимо тогда, когда от рабочей части осталось не менее трети, а также следовать правилам:

Подбирать щетки, соответствующие параметрам предыдущих.

Проводить визуальный осмотр коллектора и чистку при надобности.

Если рабочая поверхность щеток имеет скос, не путать его расположение.

Дать щеткам время на притирку, включая мотор без нагрузок, и затем удалить притирочную пыль с коллектора.

Кроме всех перечисленных мероприятий по уходу за щетками, также существуют специальные смазки коллекторного узла. Они позволяют снизить механическую нагрузку на контакт и препятствуют образованию нагара.

Типы и конструкция якорей стартера

Конструктивно якорь стартера состоит из четырех основных деталей:

  • Вал якоря;
  • Сердечник;
  • Обмотка;
  • Коллекторный узел;

Вал якоря является несущим элементом якоря. Он изготавливается из стали, в его двух или трех точках выполняются посадочные места под подшипники (это могут быть подшипники скольжения — втулки, или подшипники качения). На удлиненной стороне вала выполняются шлицы для передачи крутящего момента на привод стартера, эти шлицы в зависимости от типа привода могут быть прямыми или косозубым (спиралеобразным).

Сердечник собирается из пакета металлических пластин, жестко монтируемых на валу. Сердечник имеет цилиндрическую форму, на его внешней поверхности выполнены пазы для прокладки витков обмотки. Монтаж сердечника выполняется на шлицы, выполненные на валу, это обеспечивает конструкции необходимую жесткость и предотвращает от проворачивания сердечника на валу при больших нагрузках.

Обмотка выполняется толстым медным проводом большого сечения, причем возможны два варианта: неизолированный провод прямоугольного сечения и изолированный провод круглого сечения. Прямоугольный провод используется в якорях стартеров большой мощности, так как по ним во время пуска двигателя могут протекать токи в 600-800 и более ампер. Изолированный провод применяется в обмотках маломощных стартеров. В якорях с обмоткой из прямоугольного провода изоляция выполняется из гибкого листового материала, которым обматываются проводники в пазах сердечника. Обмотка является одновитковой, так как она состоит из некоторого количества проводников (обычно не более 12-15), проложенных в сердечнике петлями, каждая такая петля является одним витком. Части обмотки, выходящие за сердечник (со стороны коллектора и с обратной стороны) зафиксированы бандажами — кольцами из изоляционного материала с пропиткой смолами, скобами и т.д.

Коллекторный узел служит для подачи тока на витки обмотки в таком порядке, чтобы вокруг обмотки возникало магнитное поле определенной формы. Коллектор состоит из ряда медных пластин, с которыми соединены концы витков обмотки (соединение выполняется пайкой). Между пластинами якоря предусмотрены зазоры, заполненные изолирующим материалом с высоким показателем диэлектрической проницаемости. Медные контакты имеют низкое электрическое сопротивление, поэтому хорошо передают ток на обмотку, также они имеют хороший контакт с медно-графитовыми щетками.

В настоящее время существует два типа коллекторов:

  • Цилиндрический — коллектор выполнен в виде цилиндра, на наружной поверхности которого расположены контактные площадки;
  • Торцевой — коллектор выполнен в виде круга, сегментами которого являются контактные площадки.

Соответственно, в стартере с цилиндрическим коллектором щетки имеют радиальное расположение (упираются в коллектор по радиусам), в стартере с торцевым якорем щетки расположены вдоль оси якоря. Цилиндрический коллектор более надежен, однако торцевой коллектор экономит место и позволяет уменьшить габариты стартера.

Якорь в сборе устанавливается в корпус стартера, он удерживается двумя или тремя подшипникам — два подшипника в торцах вала (в задней стенке корпуса стартера и в передней крышке привода стартера), еще один подшипник используется в качестве промежуточной опоры для якорей увеличенной длины. Обычно используются подшипники скольжения (втулки), так как они более просты, надежны и могут без труда выдерживать значительные нагрузки. В не которых стартерах применяются подшипники качения — роликовые или шариковые.

Читать еще:  Кусачки для проволоки – как грамотно перерезать провода?

Преимущества щёток из графита

Данные изделия устанавливают как в профессиональных инструментах, так и в бытовых приборах. Это обусловлено рядом причин, главные из которых:

  1. Хорошая электропроводность.
  2. Повышенная прочность и, как следствие, более длительный срок эксплуатации.
  3. Щётки из графита обеспечивают необходимый коммутирующий и полирующий эффект.
  4. Выдерживают переменные нагрузки.
  5. Имеют низкий коэффициент трения.
  • Момент электродвигателя
  • Мощность электродвигателя
  • Коэффициент полезного действия
  • Номинальная частота вращения
  • Момент инерции ротора
  • Номинальное напряжение
  • Электрическая постоянная времени
  • Механическая характеристика

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

  • где M – вращающий момент, Нм,
  • F – сила, Н,
  • r – радиус-вектор, м

,

  • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
  • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

  • где P – мощность, Вт,
  • A – работа, Дж,
  • t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

  • где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

  • где – угол, рад,

,

  • где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

  • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
  • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
  • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
    При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

  • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

  • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
  • m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

  • где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

  • где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×