Русская Википедия:Электрощётка
Электрощётка, также у́гольная щётка — скользящий электрический контакт, проводящий электрический ток между неподвижными частями и движущимися частями различных электротехнических устройств. Изготавливается из искусственного графита.
Обычно применяется для передачи электрического тока на подвижные узлы[1]. 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 того, чтобы замкнуть электрическую цепь. 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 работе перемещались от одного сегмента (пластины) коллектора к соседнему, накоротко замыкая их. Решить эту проблему помогло 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 замыкать накоротко 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 графитный или угольный порошок. Для увеличения электропроводности и механической прочности в графитовый порошок добавляют при изготовлении мелкий медный порошок в виде дендритных мелких кристаллов, полученный электролитическим методом[2]. Медь редко добавляют в материал щёток предназначенных для работы в устройствах, работающих на переменном токеШаблон:Нет АИ.
В полученный после смешивания компонентов порошок добавляют вяжущие вещества, в основном фенолформальдегидные смолы или другие полимерные смолы или каменноугольный пек и смешиваются, чтобы получить прочные заготовки после прессования для последующего обжига. Также в смесь могут добавляться порошки других металлов и твёрдые смазки, например, дисульфид молибдена (<chem>MoS2</chem>) или дисульфид вольфрама (<chem>WS2</chem>). Конкретный состав смеси зависит от области применения и условий работы изделий.
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), конец которой покрыт электролитическим медным порошком. В ответственных применениях возможно использование серебряного порошка или серебряного покрытия медной проволоки[3]. После прессования заготовка щётки ещё очень хрупкая, и на профессиональном жаргоне называется «сырая щётка» (Шаблон:Lang-en).
Обжиг сырых щёток
«Сырые щётки» подвергаются термообработке (обжигу) в защитной атмосфере (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 контролируемой температурной циклограмме, заданной для каждой конкретной смеси и конкретного назначения конечного изделия.
Дополнительные технологические операции
При спекании заготовки дают усадку 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 производительность 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 индукцииШаблон:Пояснить и турбулентностиШаблон:Нет АИ.
Щётки из металлического волокна
Щётки из металлического волокна в настоящее время находятся в стадии разработки[4]. У них может быть преимущество по сравнению с современной технологией, но они пока ещё не получили широкого распространения.
См. также
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
