Børster og børsteholdere til elektriske likestrømsmaskiner: formål, materiale, typer og enhet

I elektriske motorer og generatorer er det ofte nødvendig å etablere en elektrisk forbindelse mellom de stasjonære og roterende delene av enheten.

Når det gjelder en stator (dvs. stasjonær) hovedvikling av en elektrisk maskin, er det lett å arrangere grener fra den for å koble til et eksternt stasjonært elektrisk system, men i tilfelle av en rotor (dvs. roterende) hovedvikling, blir det nødvendig for å arrangere en glidende elektrisk kontakt, fordi ellers er rotorviklingen ikke tilgjengelig.

Den elektriske glidekontakten kan implementeres på to måter: enten som ringglidekontakt eller som kollektorglidekontakt. I begge tilfeller krever driften av en elektrisk maskin spesielle enheter - børster.

I de første elektriske maskinene var børstene en pakke satt sammen av kobberplater eller tynne ledninger, som de fikk navnet sitt fra.

Børstene til moderne maskiner er kuber presset av kull-, grafitt- eller kobberpulver og lever derfor ikke opp til navnet sitt, som imidlertid ble bak dem.

Kobber-, jern- og bronsebørster, som gjorde jobben veldig bra i de første DC-maskinene på slutten av 1800-tallet, viste seg å være lite gode materialer med tanke på friksjon. De slites raskt ut og i nye maskindesign erstattes de av kull og grafitt.

For tiden for DC-maskiner brukes nesten utelukkende kullbørster med en blanding av grafitt, bærende, avhengig av prosentandelen av grafitt og måten børstene er laget på, navnene på karbon-grafitt, grafitt eller elektrograf. Kun for lavspentmaskiner, opptil 30 V, brukes metall-karbonbørster, som gir et lavere spenningsfall i kontakt (overgangs) laget på samleren.

Karbonbørster er laget av ren grafitt, retort karbon og carbon black i forskjellige proporsjoner. Kull er et selvsmørende materiale som ikke skader overflaten det gnis på og som ikke slites raskt ut.

Grafittbørster er laget av ren naturlig grafitt. Grafitten knuses til et fint pulver, som deretter presses under svært høyt trykk til staver av ønsket størrelse. Kull og grafitt er utmerkede ledere av elektrisitet.

Elektrografittbørster De er i hovedsak karbonbørster, men utsatt for høye temperaturer i en elektrisk ovn og dermed omdannet til grafitt. Disse børstene har meget gode slipeegenskaper.

Karbonbørster laget av kull og kobber knust til et fint pulver, noen ganger med tilsetning av et annet knust metall (oftest tinn).

Produksjonen av disse børstene utføres på en slik måte at børsten har best mulig ledningsevne i aksial retning, som maskinens arbeidsstrøm går i, og dårlig ledningsevne (høy elektrisk motstand) i tverrretningen, hvori tilleggsstrømmene til de inkluderte seksjonene lukkes under kommutering.

Elektriske maskinbørster er standardiserte. De er preget av hardhet, forbigående spenningsfall i kontakten og tillatt strømtetthet.

Denne energioverføringsteknologien, som er mer enn hundre år gammel, er fortsatt mye brukt i dag. Karbonbørster kan fortsatt finnes i mange elektriske motorer. Starter med små motorer i leker, elektriske kjøkkenapparater, elektriske vinduer, barbermaskiner, vaskemaskiner, hårfønere, støvsugere eller elektroverktøy (elektriske bor, vinkelslipere, overfresere, sirkelsager, etc.),

Børster brukes også i store likestrømsmaskiner i elektriske lokomotiver, ubåter og kraftstasjonsgeneratorer, samt i vindturbiner. Følgelig er de geometriske og elektriske egenskapene til karbonbørster forskjellige.

Antallet soner (som danner den sylindriske overflaten til samleren) til samlingen av børster på samleren er vanligvis lik antall poler på maskinen. Antall børster i hver sone avhenger av verdien av strømmen og strømtettheten under børsten som er tillatt for en gitt type børste, men mindre enn to børster per sone kan kun finnes i svært små maskiner, siden med en børste pr. sone er det vanskelig å sikre påliteligheten til børstekontakten.

Børster som holder seg i samme sone kalles et sonebørstesett, og settet med alle sonesett til en gitt maskin kalles et komplett børstesett.

Endeflaten til børstene på siden motsatt kontakt med oppsamleren er vanligvis kobberbelagt, noen ganger fortinnet. Ved en liten strøm trukket av børsten, gis tilstrekkelig tilfredsstillende forhold for strømavløp av børstens kontaktflate med børsteholderen og trykkfjæren.

De store børstene er utstyrt med korker laget av kobberplate, tett festet derpå, og med ledninger festet til dem, laget av myke fleksible kabler med passende seksjoner, med spisser for å feste under en skrue til en børsteholder eller til en del beregnet for drenering børstestrøm. Taubørstehetten kalles en børstearm.

Børstene holdes i en fast posisjon i forhold til oppsamleren børsteholdere, hvis design er veldig variert.

Hvis den elektriske maskinen er designet for begge rotasjonsretninger, brukes radielle børsteholdere, som sikrer plasseringen av børsten langs radiusen til oppsamleren. På maskiner med én bestemt rotasjonsretning brukes ofte børsteholdere med en viss helning av børsten til radius.

Børsteholder for DC-maskiner med lav og medium effekt

Stor børsteholder for DC-maskin

Enkel sone børsteholdere festes til runde eller firkantede børstefingre eller til børsteklemmer… Børstefingre eller klemmer fra forskjellige børsteområder er forsterket børstestøtter eller børstesvillersom de må være pålitelig isolert fra.

I sin tur er de jevne svillene festet enten til lagrene, eller til endeskjoldene, eller til åket, eller til slutt uavhengig til maskinens bunnplate (for lange samlere).

Viktige betingelser som børstestøtten eller børstekrysshodet må oppfylle er absolutt fravær av vibrasjoner, tilgjengelighet for kontroll og justering av børstene, enkel fjerning av de enkelte børsteholderne for reparasjoner og muligheten til å rotere hele børstesystemet samtidig for presis montering i korrekt kommuteringsposisjon samtidig som full konsentrisitet av børsteholdere og oppsamler opprettholdes.

Børster, børsteholdere, fingre (eller klemmer) og en travers (eller støtte) utgjør den såkalte strømsamleren til en DC-maskin. Den inkluderer også koblinger mellom sonebørstesett med samme polaritet.

For å tømme strømmen, er børstefingrene og klemmene til sonene med samme navn (det vil si med samme polaritet, positiv eller negativ) elektrisk koblet til hverandre med en isolert ledning av den tilsvarende seksjonen.

På denne måten oppnås to hele eller delvise samleringer, som deretter kobles til maskinens eksterne terminaler med fleksible kabler med passende tverrsnitt. Sistnevnte er festet på et spesielt klembrett enten til åket eller til maskinens hovedplate. Klemmekortet, dekket med et beskyttende deksel, danner en koblingsboks.

Riktig børstepåføring og valg, kombinert med riktig vedlikehold, resulterer i økt maskinytelse og reduserte nedetidskostnader.

Siden friksjonen forårsaket av rotasjon av enheten forårsaker slitasje, må børstene skiftes ut med jevne mellomrom.På grunn av det, børsteløse motorer.