Электрощётка , также у́гольная щётка — скользящий электрический контакт , проводящий электрический ток между неподвижными частями и движущимися частями различных электротехнических устройств. Изготавливается из графита .

Обычно применяется для передачи электрического тока на подвижные узлы . Наиболее часто применяются в электродвигателях , электрических генераторах постоянного и переменного тока, а также в переменных и подстроечных резисторах, автотрансформаторах (ЛАТР) с плавной регулировкой напряжения, токоприёмниках электрифицированного транспорта ( электровозах , электропоездах , электромотрисах , троллейбусах , трамваях , поездах метрополитена ), поворотных стендах.

Происхождение названия

Для работы многих типов электродвигателей и генераторов катушки ротора должны иметь электрическую связь для обеспечения электрической связи . Первоначально это достигалось путём размещения медного или латунного коллектора или контактных колец на валу. С помощью пружин , к коллектору или кольцам прижимались плетёные медные проволочные «щётки».

Недостаток таких щёток — ненадёжная коммутация, поскольку они при перемещении от одного сегмента (пластины) коллектора к соседнему, накоротко замыкали их. Решило эту проблему использование « высокоомных щёток», изготовленных из графита (иногда — с добавлением порошка меди). Несмотря на то, что электрическое сопротивление графитовых щёток выше металлических, и составляет десятки миллиом, оно достаточно мало, чтобы передавать большие токи и достаточно высокое, чтобы не закорачивать соседние пластины коллектора при коммутации.

Термин «щётка» для этих скользящих контактов сохранился и для названия угольных щёток.

Технология изготовления щёток

Состав компонентов

Конкретный состав материала щётки зависит от сферы применения. Обычно используется графитовый или угольный порошок. Для увеличения электропроводности и механической прочности в графитовый порошок добавляют при изготовлении медный порошок в виде дендритных мелких кристаллов, полученный электролитическим методом . Медь редко добавляют в материал щёток предназначенных для работы в устройствах, работающих на переменном токе ^{[ источник не указан 1188 дней ]} .

При смешивании компонентов в смесь добавляют вяжущие вещества , в основном фенолформальдегидные смолы или другие полимерные смолы или каменноугольный пек , чтобы получить достаточно прочные заготовки после прессования для последующего обжига. Также в смесь могут добавляться порошки других металлов и твёрдые смазки, например, дисульфид молибдена ( ${\displaystyle {\ce {MoS2}}}$ ) или дисульфид вольфрама ( ${\displaystyle {\ce {WS2}}}$ ). Конкретный состав смеси зависит от области применения и условий работы.

Прессование смеси

Смесь прессуется в форме, состоящей из пуансона и матрицы на механических или гидравлических прессах. При прессовании некоторых типов щёток через отверстие в пуансоне в прессуемую смесь вводится гибкий проводник из многожильной медной проволоки (так называемая шунтирующая проволока ), запрессовываемый конец которой покрыт электролитическим медным порошком. Для В ответственных применений возможно использование серебряного порошка или серебряного покрытия медной проволоки . После прессования заготовка щётки недостаточно прочная, на профессиональном жаргоне называется «сырая щётка» ( англ. green brush ).

Обжиг сырых щёток

«Сырые щётки» подвергаются термообработке (обжигу) в (как правило, это смесь водород и азота ) при температуре, достигающей 1200 °C. Этот процесс называется спеканием или «выпеканием». Во время спекания связующие органические вещества частично выгорают и частично обугливаются, образуя графитовую кристаллическую связующую структуру между частицами углерода, частицами меди и другими компонентами. Термическая обработка производится по точно выдерживаемой температурной , заданной для каждой конкретной смеси и конкретного назначения конечного изделия.

Дополнительные технологические операции

При спекании заготовки дают усадку в размерах и деформируются. Для придания им заданных размеров они шлифуются . Некоторые производители щёток для увеличения их долговечности используют дополнительную обработку, например, пропитку контактной трущейся поверхности специальными маслами, смолами и смазками.

Эксплуатация

Поскольку щётки изнашиваются, то в изделиях, предполагающих техническое обслуживание, предусмотрена возможность их замены.

Угольные щётки — одна из наименее дорогостоящих деталей в электродвигателе. С другой стороны, они являются важной частью обеспечивающей долговечность («срок службы») и надёжность устройства, в котором они используются.

Перспективные разработки

Щётки из жидкого металла

Проводятся исследования по использованию жидких металлов для установления применения в скользящих контактных парах. Сложность такого использования — необходимость удержания жидкого металла (поскольку жидкие при невысоких температурах металлы обычно токсичны или вызывают коррозию) и потери энергии из-за индукции ^{[ прояснить ]} и турбулентности ^{[ источник не указан 1188 дней ]} .

Щётки из металлического волокна

Щётки из металлического волокна в настоящее время находятся в стадии разработки . У них может быть преимущество по сравнению с современной технологией, но они пока ещё не получили широкого распространения.

См. также

• Щёточно-коллекторный узел
• Контактные кольца

Примечания

Литература

• Hans Fischer: Werkstoffe in der Elektrotechnik , 2. Auflage. Carl Hanser Verlag, München, Wien 1982, ISBN 3-446-13553-7
• A. Senner: Fachkunde Elektrotechnik , 4. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, 1965
• Werner Schröter, Karl-Heinz Lautenschläger, Hildegard Bibrack: Taschenbuch der Chemie , 9. Auflage. Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 1981, ISBN 3-87144-308-5
• Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik , 18. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9
• Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle, Armin Schonard: Elektrische Antriebe und Energieverteilung , 5. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2006, ISBN 978-3-8085-5005-2

Ссылки