Borstels en borstelhouders van elektrische gelijkstroommachines: doel, materiaal, typen en apparaat

Bij elektromotoren en generatoren is het vaak nodig om een ​​elektrische verbinding tot stand te brengen tussen de stationaire en roterende delen van het apparaat.

In het geval van een stator (d.w.z. stationaire) hoofdwikkeling van een elektrische machine, is het gemakkelijk om er takken van te maken om een ​​extern stationair elektrisch systeem aan te sluiten, maar in het geval van een rotor (d.w.z. roterende) hoofdwikkeling, wordt het nodig om een ​​glijdend elektrisch contact te regelen, omdat anders de rotorwikkeling niet beschikbaar is.

Het elektrisch sleepcontact kan op twee manieren worden gerealiseerd: als ringschuifcontact of als collectorschuifcontact. In beide gevallen vereist de werking van een elektrische machine speciale apparaten - borstels.

In de eerste elektrische machines waren de borstels een pakket samengesteld uit koperen platen of dunne draden, waaraan ze hun naam ontleende.

De borstels van moderne machines zijn kubussen geperst uit kolen-, grafiet- of koperpoeders en doen daarom hun naam, die echter achterbleef, niet eer aan.

Borstels van koper, ijzer en brons, die hun werk heel goed deden in de eerste DC-machines aan het einde van de 19e eeuw, bleken geen erg goede materialen te zijn wat betreft wrijving. Ze slijten snel en in nieuwe machineontwerpen worden ze vervangen door steenkool en grafiet.

Momenteel voor DC-machines bijna uitsluitend gebruikt koolborstels met een mengsel van grafiet, dragend, afhankelijk van het percentage grafiet en de manier waarop de borstels zijn gemaakt, de namen van koolstofgrafiet, grafiet of elektrograaf. Alleen voor laagspanningsmachines, tot 30 V, worden metaalkoolborstels gebruikt, die een lagere spanningsval geven in de contact(overgangs)laag op de verzamelaar.

Koolborstels zijn gemaakt van puur grafiet, retortkoolstof en roet in verschillende verhoudingen. Steenkool is een zelfsmerend materiaal dat het oppervlak waarop het wrijft niet beschadigt en niet snel slijt.

Grafiet penselen zijn gemaakt van puur natuurlijk grafiet. Het grafiet wordt vermalen tot een fijn poeder, dat vervolgens onder zeer hoge druk wordt geperst tot staven van de gewenste grootte. Steenkool en grafiet zijn uitstekende geleiders van elektriciteit.

Elektrografiet borstels Het zijn in wezen koolborstels, maar blootgesteld aan hoge temperaturen in een elektrische oven en zo omgezet in grafiet. Deze borstels hebben zeer goede slijpeigenschappen.

Koolborstels gemaakt van steenkool en koper gemalen tot een fijn poeder, soms met toevoeging van een ander gebroken metaal (meestal tin).

De productie van deze borstels is zo uitgevoerd dat de borstel de best mogelijke geleiding heeft in de axiale richting, waarin de werkstroom van de machine passeert, en een slechte geleiding (hoge elektrische weerstand) in de dwarsrichting, waarin de extra stromen van de opgenomen secties zijn gesloten tijdens commutatie.

Elektrische machineborstels zijn gestandaardiseerd. Ze worden gekenmerkt door hardheid, voorbijgaande spanningsval in het contact en toegestane stroomdichtheid.

Deze energietransmissietechnologie, die meer dan honderd jaar oud is, wordt nog steeds veel gebruikt. Koolborstels zijn nog steeds in veel elektromotoren te vinden. Beginnend met kleine motoren in speelgoed, elektrische keukenapparatuur, elektrische ramen, scheerapparaten, wasmachines, haardrogers, stofzuigers of elektrisch gereedschap (elektrische boormachines, haakse slijpmachines, bovenfrezen, cirkelzagen, enz.),

Borstels worden ook gebruikt in grote gelijkstroommachines in elektrische locomotieven, onderzeeërs en generatoren van krachtcentrales, evenals in windturbines. Dienovereenkomstig zijn de geometrische en elektrische kenmerken van koolborstels verschillend.

Het aantal zones (die het cilindrische oppervlak van de collector vormen) van het samenstel van borstels op de collector is meestal gelijk aan het aantal polen van de machine. Het aantal borstels in elke zone hangt af van de waarde van de stroom en de stroomdichtheid onder de borstel die is toegestaan ​​voor een bepaald type borstel, maar minder dan twee borstels per zone zijn alleen te vinden in zeer kleine machines, aangezien met één borstel per zone is het moeilijk om de betrouwbaarheid van het borstelcontact te garanderen.

Borstels die in dezelfde zone blijven, worden een zoneborstelset genoemd en de set van alle zonesets van een bepaalde machine wordt een complete borstelset genoemd.

Het eindoppervlak van de borstels aan de zijde tegenover het contact met de collector is meestal verkoperd, soms vertind. Bij een geringe stroomafname door de borstel worden door het contactoppervlak van de borstel met de borstelhouder en de drukveer voldoende bevredigende voorwaarden voor stroomafname geboden.

De grote borstels zijn voorzien van doppen van koperplaat, stevig daarop aangebracht, en met daaraan vastgemaakte draden, gemaakt van zachte, flexibele kabels van geschikte doorsnede, met punten voor bevestiging onder een schroef aan een borstelhouder of aan een onderdeel dat bedoeld is om af te tappen borstel stroom. De touwborstelkap wordt een borstelarm genoemd.

De borstels worden in een vaste positie ten opzichte van de opvangbak gehouden borstel houders, waarvan het ontwerp zeer divers is.

Als de elektrische machine is ontworpen voor beide draairichtingen, worden radiale borstelhouders gebruikt, die ervoor zorgen dat de borstel langs de straal van de collector wordt geplaatst. Op machines met één bepaalde draairichting worden vaak borstelhouders gebruikt met enige helling van de borstel ten opzichte van de radius.

Borstelhouder voor gelijkstroommachines met laag en gemiddeld vermogen

Grote borstelhouder voor gelijkstroommachine

Borstelhouders met één zone worden bevestigd aan ronde of vierkante borstelvingers of aan borstel klemmen… Borstelvingers of klemmen uit verschillende borstelgebieden worden versterkt borstelsteunen of borsteldwarsliggerswaarvan ze op betrouwbare wijze moeten worden geïsoleerd.

De even dwarsliggers worden op hun beurt bevestigd aan de lagers, of aan de eindschilden, of aan het juk, of tenslotte onafhankelijk aan de grondplaat van de machine (voor lange collectoren).

Belangrijke voorwaarden waaraan de borstelsteun of borsteltraverse moet voldoen zijn de absolute afwezigheid van trillingen, toegankelijkheid voor het controleren en afstellen van de borstels, het eenvoudig verwijderen van de individuele borstelhouders voor reparaties en het gelijktijdig kunnen draaien van het gehele borstelsysteem voor nauwkeurige montage in de juiste commutatiepositie met behoud van volledige concentriciteit van borstelhouders en collector.

Borstels, borstelhouders, vingers (of klemmen) en een traverse (of steun) vormen de zogenaamde stroomafnemer van een gelijkstroommachine. Het bevat ook verbindingen tussen zoneborstelsets met dezelfde polariteit.

Om de stroom af te voeren, zijn de borstelvingers en klemmen van de zones met dezelfde naam (dat wil zeggen met dezelfde polariteit, positief of negatief) elektrisch met elkaar verbonden met een geïsoleerde draad van de overeenkomstige sectie.

Op deze manier worden twee volledige of gedeeltelijke verzamelringen verkregen, die vervolgens worden verbonden door flexibele kabels van geschikte dwarsdoorsnede met de externe terminals van de machine. Deze laatste worden op een speciaal klembord bevestigd aan het juk of aan de hoofdplaat van de machine. Het klemmenbord, afgedekt met een beschermkap, vormt een klemmenkast.

Een juiste toepassing en selectie van borstels, in combinatie met goed onderhoud, resulteert in betere machineprestaties en lagere stilstandkosten.

Aangezien de wrijving die wordt veroorzaakt door het draaien van het apparaat schurende slijtage veroorzaakt, moeten de borstels periodiek worden vervangen.Om die reden, borstelloze motoren.