แปรงและที่จับแปรงของเครื่องไฟฟ้ากระแสตรง: วัตถุประสงค์ วัสดุ ประเภท และอุปกรณ์

ในมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มักจำเป็นต้องสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างส่วนที่อยู่กับที่และส่วนที่หมุนของอุปกรณ์

ในกรณีของขดลวดหลักของสเตเตอร์ (เช่น อยู่กับที่) ของเครื่องจักรไฟฟ้า มันเป็นเรื่องง่ายที่จะจัดเรียงสาขาจากมันเพื่อเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าที่อยู่กับที่ภายนอก แต่ในกรณีของโรเตอร์ (เช่น หมุน) ขดลวดหลัก มันจะกลายเป็น จำเป็นต้องจัดเตรียมหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าแบบเลื่อนเพราะมิฉะนั้นจะไม่มีขดลวดโรเตอร์

สามารถใช้หน้าสัมผัสเลื่อนไฟฟ้าได้สองวิธี: เป็นแบบหน้าสัมผัสเลื่อนแบบวงแหวนหรือแบบหน้าสัมผัสแบบเลื่อนแบบสะสม ในทั้งสองกรณีการทำงานของเครื่องไฟฟ้าต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ - แปรง

ในเครื่องใช้ไฟฟ้าเครื่องแรก แปรงเป็นบรรจุภัณฑ์ที่ประกอบจากแผ่นทองแดงหรือลวดเส้นเล็ก ซึ่งได้ชื่อมาจาก

แปรงของเครื่องจักรสมัยใหม่เป็นก้อนที่อัดจากผงถ่านหิน กราไฟต์ หรือทองแดง ดังนั้นจึงไม่เป็นไปตามชื่อของมัน ซึ่งยังคงหลงเหลืออยู่

แปรงทองแดง เหล็ก และทองแดง ซึ่งทำงานได้ดีมากในเครื่อง DC เครื่องแรกในปลายศตวรรษที่ 19 กลายเป็นวัสดุที่ไม่ค่อยดีในแง่ของแรงเสียดทาน พวกเขาเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วและในการออกแบบเครื่องจักรใหม่พวกเขาถูกแทนที่ด้วยถ่านหินและกราไฟต์

ตอนนี้ สำหรับเครื่อง DC ใช้เกือบเฉพาะ แปรงถ่านที่มีส่วนผสมของกราไฟต์, แบริ่ง, ขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ของกราไฟต์และวิธีทำแปรง, ชื่อของคาร์บอน-กราไฟต์, กราไฟต์หรืออิเล็กโทรกราฟ เฉพาะสำหรับเครื่องจักรแรงดันต่ำถึง 30 V จะใช้แปรงโลหะคาร์บอนซึ่งให้แรงดันตกคร่อมในชั้นสัมผัส (การเปลี่ยนผ่าน) บนนักสะสม.

แปรงถ่าน ทำจากกราไฟต์บริสุทธิ์ คาร์บอนรีทอร์ต และคาร์บอนแบล็คในสัดส่วนต่างๆ ถ่านหินเป็นวัสดุที่สามารถหล่อลื่นตัวเองได้ซึ่งไม่ทำลายพื้นผิวที่มันถูและไม่เสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว

แปรงกราไฟท์ ทำจากกราไฟท์ธรรมชาติบริสุทธิ์ กราไฟต์ถูกบดเป็นผงละเอียด จากนั้นกดภายใต้ความดันสูงมากให้เป็นแท่งตามขนาดที่ต้องการ ถ่านหินและกราไฟต์เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม

แปรงอิเล็กโทรกราไฟต์ โดยพื้นฐานแล้วพวกมันคือแปรงถ่านแต่ต้องสัมผัสกับอุณหภูมิสูงในเตาไฟฟ้า จึงแปลงเป็นกราไฟต์ แปรงเหล่านี้มีคุณสมบัติในการบดที่ดีมาก

แปรงถ่าน ทำจากถ่านหินและทองแดงบดเป็นผงละเอียด บางครั้งมีการเติมโลหะบดชนิดอื่น (ส่วนใหญ่มักเป็นดีบุก)

การผลิตแปรงเหล่านี้ดำเนินการในลักษณะที่แปรงมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดในทิศทางตามแนวแกนซึ่งกระแสการทำงานของเครื่องจะผ่านไป และค่าการนำไฟฟ้าต่ำ (ความต้านทานไฟฟ้าสูง) ในทิศทางตามขวาง กระแสเพิ่มเติมของส่วนที่รวมจะปิดระหว่างการเปลี่ยน

แปรงไฟฟ้าได้มาตรฐาน มีลักษณะความแข็ง แรงดันตกคร่อมชั่วคราวในหน้าสัมผัส และความหนาแน่นกระแสที่อนุญาต

เทคโนโลยีการส่งพลังงานนี้ซึ่งมีอายุมากกว่าร้อยปียังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน แปรงถ่านยังสามารถพบได้ในมอเตอร์ไฟฟ้าหลายรุ่น เริ่มจากมอเตอร์ขนาดเล็กในของเล่น เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัว กระจกไฟฟ้า เครื่องโกนหนวด เครื่องซักผ้า ไดร์เป่าผม เครื่องดูดฝุ่น หรือเครื่องมือไฟฟ้า (สว่านไฟฟ้า เครื่องเจียรไฟฟ้า เราเตอร์ เลื่อยวงเดือน ฯลฯ)

แปรงยังใช้กับเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรงขนาดใหญ่ในหัวรถจักรไฟฟ้า เรือดำน้ำ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของสถานีไฟฟ้า เช่นเดียวกับในกังหันลม ดังนั้น ลักษณะทางเรขาคณิตและทางไฟฟ้าของแปรงถ่านจึงแตกต่างกัน

จำนวนโซน (สร้างพื้นผิวทรงกระบอกของตัวสะสม) ของการประกอบแปรงบนตัวสะสมมักจะเท่ากับจำนวนขั้วของเครื่อง จำนวนแปรงในแต่ละโซนขึ้นอยู่กับค่าของกระแสและความหนาแน่นกระแสภายใต้แปรงที่อนุญาตสำหรับแปรงประเภทที่กำหนด แต่น้อยกว่าสองแปรงต่อโซนสามารถพบได้ในเครื่องจักรขนาดเล็กมากเท่านั้น เนื่องจากมีหนึ่งแปรงต่อ โซนเป็นการยากที่จะมั่นใจในความน่าเชื่อถือของหน้าสัมผัสแปรง

แปรงที่อยู่ในโซนเดียวกันเรียกว่าชุดแปรงโซน และชุดของชุดโซนทั้งหมดของเครื่องที่กำหนดเรียกว่าชุดแปรงแบบสมบูรณ์

พื้นผิวด้านท้ายของแปรงด้านตรงข้ามกับตัวสะสมมักจะชุบด้วยทองแดง บางครั้งก็เคลือบดีบุก เมื่อแปรงถูกดึงด้วยกระแสไฟเพียงเล็กน้อย พื้นผิวสัมผัสของแปรงกับที่ใส่แปรงและสปริงอัดจะมีเงื่อนไขที่น่าพอใจเพียงพอสำหรับการระบายในปัจจุบัน

แปรงขนาดใหญ่มีฝาปิดที่ทำจากแผ่นทองแดงติดแน่น และมีสายไฟติดอยู่ ทำจากสายเคเบิลอ่อนที่ยืดหยุ่นได้ตามส่วนต่างๆ ที่เหมาะสม พร้อมปลายสำหรับยึดด้วยสกรูเข้ากับด้ามแปรงหรือส่วนที่ออกแบบมาเพื่อระบายน้ำ กระแสแปรง ปลอกแปรงเชือกเรียกว่าแขนแปรง

แปรงอยู่ในตำแหน่งคงที่เมื่อเทียบกับตัวสะสม ที่ใส่แปรงซึ่งมีการออกแบบที่หลากหลายมาก

หากเครื่องไฟฟ้าได้รับการออกแบบมาสำหรับการหมุนทั้งสองทิศทาง ก็จะใช้ที่จับแปรงแบบรัศมีซึ่งช่วยให้แน่ใจว่าตำแหน่งของแปรงตามแนวรัศมีของตัวสะสม สำหรับเครื่องจักรที่มีทิศทางการหมุนเฉพาะ มักใช้ที่จับแปรงโดยให้แปรงเอียงไปทางรัศมี

ที่วางแปรงสำหรับเครื่อง DC กำลังต่ำและปานกลาง

ที่วางแปรงขนาดใหญ่สำหรับเครื่อง DC

ที่จับแปรงแบบโซนเดียวติดกับนิ้วแปรงกลมหรือสี่เหลี่ยมหรือกับ ที่หนีบแปรง… นิ้วแปรงหรือที่หนีบจากบริเวณแปรงต่างๆ ได้รับการเสริมแรง ฐานรองแปรงหรือฐานรองแปรงซึ่งจะต้องแยกออกจากกันได้อย่างน่าเชื่อถือ

ในทางกลับกัน สลีปเปอร์แบบเรียบจะติดอยู่กับตลับลูกปืนหรือที่ส่วนป้องกันส่วนปลาย หรือกับแอก หรือสุดท้าย ติดอย่างอิสระกับแผ่นฐานของเครื่องจักร (สำหรับตัวสะสมขนาดยาว)

เงื่อนไขสำคัญที่ส่วนรองรับแปรงหรือครอสเฮดต้องเป็นไปตามนั้นคือการไม่มีการสั่นสะเทือน การเข้าถึงสำหรับการตรวจสอบและการปรับแปรง การถอดที่จับแปรงแต่ละอันเพื่อการซ่อมแซมได้ง่าย และความสามารถในการหมุนระบบแปรงทั้งหมดพร้อมกันเพื่อการติดตั้งที่แม่นยำใน แก้ไขตำแหน่งการเปลี่ยนในขณะที่รักษาจุดรวมศูนย์ของด้ามแปรงและตัวสะสม

แปรง, ที่วางแปรง, นิ้ว (หรือที่หนีบ) และการเคลื่อนที่ (หรือรองรับ) ประกอบกันเรียกว่าตัวเก็บกระแสไฟของเครื่อง DC รวมถึงการเชื่อมต่อระหว่างชุดแปรงโซนที่มีขั้วเดียวกัน

ในการระบายกระแสแปรงนิ้วและที่หนีบของโซนที่มีชื่อเดียวกัน (นั่นคือขั้วบวกหรือลบเดียวกัน) จะเชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้าด้วยลวดฉนวนของส่วนที่สอดคล้องกัน

ด้วยวิธีนี้ จะได้วงแหวนรวบรวมที่สมบูรณ์หรือบางส่วนสองวง ซึ่งจากนั้นจะเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลแบบยืดหยุ่นที่มีหน้าตัดที่เหมาะสมเข้ากับขั้วต่อภายนอกของเครื่อง หลังได้รับการแก้ไขบนกระดานหนีบพิเศษที่แอกหรือแผ่นหลักของเครื่อง แผงขั้วต่อที่หุ้มด้วยฝาครอบป้องกัน ประกอบเป็นกล่องขั้วต่อ

การใช้งานและการเลือกแปรงที่เหมาะสม รวมกับการบำรุงรักษาที่เหมาะสม ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเครื่องจักรเพิ่มขึ้นและลดค่าใช้จ่ายในการหยุดทำงาน

เนื่องจากแรงเสียดทานที่เกิดจากการหมุนอุปกรณ์ทำให้เกิดการสึกหรอ จึงต้องเปลี่ยนแปรงเป็นระยะๆด้วยเหตุผลดังกล่าว มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน.