Обо что трутся щетки в электродвигателе

Почему искрят щетки электродвигателя

Довольно часто при работе щёток коллекторного двигателя можно наблюдать такое явление, как искрение. При этом в некоторых случаях искрение щёток расценивается как норма, в других же – сигнализирует о неисправности, которую необходимо как можно скорее устранить.

Когда искрение щёток коллекторного двигателя — норма

Алгоритм работы коллекторного электродвигателя таков, что в движении щётки постоянно вступают в контакт с коллектором, разрывая и вновь замыкая электрическую цепь. Именно такой механизм функционирования, напрямую связанный с конструктивными особенностями коллекторных механизмов, является неминуемой причиной появления искр при его работе, даже в случае, когда двигатель абсолютно исправен. Однако важно понимать, что искрение в этом случае минимально. Сильное же искрение, как правило, говорит о том, что работа коллекторного двигателя нарушена и для того, чтобы её наладить, важно выяснить причину неисправности.

Щётки искрят из-за сильного износа

Сильное искрение щёток может возникнуть из-за того, что они сильно износились. При этом сопутствующими признаками износа, помимо обильных искр, будут неспособность развития двигателем полных оборотов и выхода на полную мощность, а также тяжёлый старт двигателя, осуществить который удаётся не с первой попытки. Проверить версию об износе щёток довольно легко: щётки следует прижать к коллектору при помощи отвертки. Если щётки изношены, то при таком прижатии плотность контакта нормализуется и работа двигателя наладится, однако при ослаблении нажима снова появятся искры. Вариант решения проблемы в таком случае только один: замена щёток на новые. Некоторые модели коллекторных двигателей предусматривают замену щёток только совместно с пружинами и держателями.

Неисправность обмоток статора или ротора

• При коротких замыканиях и межвитковых замыканиях , происходящих в обмотках статора или ротора, искрение будет неравномерным или даже исходить от одной из щёток. При диагностировании неисправностей обмоток может потребоваться их перемотка или же, в сложных случаях, полная замена ротора или статора.

• Межвитковое замыкание якорных обмоток

В этом случае искрить будут обе щётки неисправного электродвигателя, сопутствующим «симптомом» является сильный нагрев обмотки якоря, связанный с неравномерностью токов, поступающих на контакты. Как и в предыдущем случае, при диагностировании проблемы в обмотке необходимо или перемотать её, или полностью заменить неисправный элемент.

• Загрязнение коллектора
• Щётки являются постоянно изнашиваемым элементом коллекторного двигателя, и в процессе их износа образуется так называемая графитовая пыль, накапливающаяся меж коллекторных пластин, что в результате приводит к замыканиям и, как следствие, появлению искр. При работе с коллекторным механизмом важно следить за положением щёток: если они смещаются, образование графитовой пыли значительно увеличивается. Помимо графитовой пыли, причиной искрения также может стать нагар, образующийся на коллекторе из-за перегрева и создающий лишнее сопротивление при контакте щёток с коллектором. Если причина в загрязнении коллектора, его необходимо очистить с помощью наждачной бумаги, уделяя особое внимание пространству меж лампелей.

Конструктивные особенности Отчего искрят щетки

При работе двигателя происходит постоянное трение щеток о контактные пластины коллектора, что требует периодического осмотра.

На рабочих поверхностях медных площадок появляется незначительный слой угольной пыли, как показано на фотографии.

Это связано с расходом материала и износом щеток. Этот процесс идет всегда при работе коллекторного двигателя. Даже при нормальном скольжении щетки создается незначительный разрыв цепи электрического тока. А это всегда связано с искрообразованием из-за возникновения переходных процессов и появлением микроскопических дуг. К тому же обмотки обладают высоким индуктивным сопротивлением. Поэтому полностью исправный щеточный механизм при номинальной работе искрит, что не заметно взглядом, но ощущают чувствительные электронные приборы: телевизоры, компьютеры и другая техника. В схему их питания всегда устанавливают помехоподавляющие фильтры.

Проверить степень износа щетки

Основной метод связан с визуальным осмотром. В интернете можно встретить советы, рекомендующие прижать при работе двигателя щетку отверткой и оценить изменение оборотов ротора. Это опасная операция, выполнять которую может только обученный и опытный персонал потому, что: необходимо пользоваться защитными средствами: работа выполняется под напряжением; существует вероятность создания короткого замыкания, ибо проверять придется обе щетки по очереди

или одновременно и использовать отвертки с изолированными стержнями и наконечниками. Если внешний осмотр показал, что длина щетки сильно уменьшена или рабочая поверхность имеет сколы, то ее необходимо просто заменить.

Как называется деталь об которую трутся щётки в генераторе?

Это коллектор. Он состоит из ламелей -медных пластинок в генераторах постоянного тока (на очень старых моделях авто) , или медных колец (2 штуки) в генераторах переменного тока (на всех современных авто.)

Остальные ответы
Вроде бы коллектор
медное кольцо.

Вообще то щётки не только «трутся» об эту деталь, они обеспечивают электрический контакт реле-регулятора с якорем генератора. По правильному эта деталь называется ламель. У генераторов постоянного тока она ввиде медного кольца. Находится на якоре в количестве двух штук.

Геннадий АнисимовПрофи (753) 12 лет назад

Все почти правильно. Но у генератора переменного тока кольца, а у ген. постоянного тока коллектор,отдельные элементы которого называются ламелями. К примеру на жигулях генератор переменного тока, в статоре вмонтирован диодный мост для выпрямления тока ,поэтому на выходе постоянный ток.

Игорь Гуру (4251) Извиняюсь, описАлся. В голове было переменный, а написал постоянный. Конструкцию генераторов обоих типов я конечно знаю, радиоинженер по образованию. Спасибо за поправку.

Хочешь якорь, хочешь ротор,

почти все правильно сказал Игорь только деталь эта- КОЛЛЕКТОР и ламелей там гораздо больше 2-х и зарядные генераторы на авто пременного тока

Щетки и щеткодержатели электрических машин постоянного тока: назначение, материал, виды и устройство

В электрических двигателях и генераторах часто необходимо установить электрическое соединение между неподвижной и вращающейся частью устройства.

В случае статорной (т. е. неподвижной) основной обмотки электрической машины устройство от нее ответвлений для присоединения внешней неподвижной электрической системы осуществляется легко, в случае же роторной (т. е. вращающейся) основной обмотки возникает необходимость в устройстве скользящего электрического контакта, так как иначе роторная обмотка недоступна.

Скользящий электрический контакт может быть осуществлен двумя способами: либо в виде кольцевого скользящего контакта, либо в виде коллекторного скользящего контакта. В обоих случаях для работы электрической машины нужны специальные устройства — щетки.

История щеток электрических машин

В первых электрических машинах щетки представляли собой пакет, собранный из медных пластинок или тонких проволочек, откуда они и получили свое название.

Медносетчатые и фольговые щетки можно считать первыми представителями современных металлографитных щеточных марок.

Начиная с 1905 — 1910 гг. металлографитные щетки изготовляются из смеси порошков меди и графита, и иногда и свинца (размер частиц — порядка 5 — 80 микрон). Но металлографитные щетки не отвечают требованиям безискровой коммутации.

Следует отмстить, что прессование изделий из металлического порошка (платиновые чаши, тигли, монеты, медали и пр.) впервые било осуществлено русским ученым П. Г. Соболевским 21 мая 1826 г., положившим начало металлокерамике.

Дальнейшему развитию электрощеток способствовало развитие электроугольной промышленности, в частности изготовление электродов для электрической дуги.

Сначала электроды изготавливались в виде кусков графита и древесного угля. Затем для электродов начали применять искусственный уголь, т. е. угольный порошок, смешанный с сахаром или патокой, спрессованный и затем обожженный.

Этот способ был применен и для изготовления электрощеток. Изготовление первых твердых угольных щеток относится к 1890 г.

С появлением быстроходных машин с кольцами, в основном — турбогенераторов переменного тока и быстроходных коллекторных машин, потребовались новые типы щеток, так как металлографитные и угольно-графитные щетки не смогли работать при высоких окружным скоростях из-за искрения, вызываемого вибрациями щеток.

Для быстроходных машин с кольцами были разработаны графитные щетки, полученные путем прессования порошка графита с малым количеством связующего (смола, бакелит) и последующего обжига при сравнительно низкой температуре, порядка нескольких сотен градусов.

Для некоторых сортов графита (цейлонский) оказалось возможным даже получать готовые щеточные блоки путем одного лишь прессования, без всякого связующего и без обжига. Щетки этого типа получили название натурально-графитных.

Первые образцы графитных щеток появились в 1893 г., а натурально-графитных — в 1905 г.

Графитные и, в особенности, натурально-графитные щетки работали на кольцах быстроходных машин без искрения. На коллекторах же быстроходных машин напряжением свыше 220 В, а иногда даже и на машинах напряжением 120 — 220

В эти щетки без искрения не работали.

Было известно, однако, что твердые угольные щетки хорошо работают на коллекторах тихоходных машин, но начинают искрить при повышении окружной скорости скользящего контакта свыше 12—15 м/сек вследствие появления вибрации щеток. Путем изменения технологии изготовления угольно-графитных щеток был получен новый класс щеток — электрографитировниные, сочетавшие в себе свойства угольных и графитных щеток.

Процесс изготовления электрографитированных щеток вначале аналогичен изготовлению как твердых угольных, так в угольно-графитных щеток.

Полученные щеточные блоки подвергаются так называемой графитации, т. е. дополнительному прокаливанию при температурах порядка 2 500° С в специальных печах сопротивления.

Щетки в современных машинах

Щетки современных электрических машин — это кубики, спрессованные из угольных, графитных или медных порошков, и поэтому не соответствуют своему названию, которое, однако, сохранилось за ними.

Медные, железные и бронзовые щетки, которые очень хорошо выполняли свою работу в первых машинах постоянного тока в конце XIX века, оказались не очень хорошими материалами в отношении трения. Они быстро изнашивались и в новых конструкциях машин были заменены на угольные и графитовые.

В настоящее время для машин постоянного тока применяют почти исключительно угольные щетки с примесью графита, носящие, в зависимости от процентного содержания графита и от способа изготовления щеток, названия угольно-графитовых, графитовых, либо электрографитовых. Лишь для машин на небольшие напряжения, до 30 В, применяют металло-угольные щетки, дающие меньшее падение напряжения в контактном (переходном) слое на коллекторе.

Угольные щетки изготовляются из чистого графита, ретортного угля и сажи в разнообразных пропорциях. Уголь — самосмазывающийся материал, который не повреждает поверхность, о которую он трется, и не изнашивается быстро.

Графитовые щетки изготовляются из чистого природного графита. Графит измельчается в мелкий порошок, который затем прессуется под очень большим давлением в бруски нужных размеров. Уголь и графит являются отличными проводниками электрического тока.

Электрографитовые щетки — это, по существу, угольные щетки, но подвергнутые воздействию высокой температуры в электрической печи и превращенные таким образом в графитовые. Эти щетки обладают свойством очень хорошо пришлифовываться.

Металло-угольные щетки изготовляются из угля и меди, измельченной в мелкий порошок, иногда с прибавкой другого измельченного металла (чаще всего олова).

Изготовление этих щеток ведется таким образом, чтобы щетка обладала возможно лучшей проводимостью в осевом направлении, в котором проходит рабочий ток машины, и плохой проводимостью (большое электрическое сопротивление) в поперечном направлении, в котором происходит при коммутации замыкание добавочных токов коммутируемых секций.

Щетки для электрических машин стандартизованы. Они характеризуются твердостью, переходным падением напряжения в контакте и допустимой плотностью тока.

Эта технология передачи энергии, которой уже более ста лет, широко используется и сегодня. Угольные щетки до сих пор можно найти во многих электродвигателях. Начиная с небольших двигателей в игрушках, электрических кухонных приборов, электрических стеклоподъемников, бритв, стиральных машин, фенов, пылесосов или электроинструментов (электродрелей, угловых шлифовальных машин, кусторезов, циркулярных пил и т. д.).

Щетки также применяются в бильших машинах постоянного тока в электровозах, подводных лодках и генераторах электростанций, а также в ветряных турбинах. Соответственно разнообразны геометрические и электрические характеристики угольных щеток.

Число зон (образующих цилиндрической поверхности коллектора) установки щеток на коллекторе обычно равно числу полюсов машины. Число щеток в каждой зоне зависит от величины тока и допустимой для данного сорта щетки плотности тока под щеткой, однако меньше двух щеток на зону можно встретить только в очень маленьких машинах, так как при одной щетке на зону трудно обеспечить надежность щеточного контакта.

Щетки, стоящие в одной и той же зоне, называются зонным комплектом щеток, а совокупность всех зонных комплектов данной машины — полным комплектом щеток.

Торцевую поверхность щеток со стороны, противоположной соприкосновению с коллектором, обычно обмедняют, иногда лудят. При небольшом токе отводимом щеткой, достаточно удовлетворительные условия отвода тока обеспечиваются поверхностью соприкосновения щетки со щеткодержателем и нажимной пружиной.

Щетки больших размеров снабжают плотно надетыми на них колпачками из листовой меди и прикрепленными к ним поводками из медных гибких канатиков соответствующих сечений, с наконечниками для присоединения под винтик к щеткодержателю или к детали, предназначенной для отвода от щетки тока. Колпачок щетки с канатиком называют арматурой щетки.

Щеткодержатели

Щетки удерживаются в фиксированном относительно коллектора положении щеткодержателями, конструкции которых весьма разнообразны.

Если электрическая машина предназначается для обоих направлений вращения, то применяют радиальные щеткодержатели, обеспечивающие расположение щетки по радиусу коллектора. В машинах с одним определенным направлением вращения часто применяют щеткодержатели с некоторым наклоном щетки к радиусу.

Щеткодержатель для машин постоянного тока малой и средней мощности

Щеткодержатель крупной машины постоянного тока

Щеткодержатели одной зоны укрепляют на щеточных пальцах круглого или квадратного сечения либо на щеточных бракетах. Щеточные пальцы или бракеты разных зон установки щеток укрепляют на щеточных суппортах или щеточных траверсах, от которых они должны быть надежно изолированы.

В свою очередь, щеточные траверсы крепят либо к подшипникам, либо к подшипниковым щитам, либо к ярму или, наконец, устанавливают независимо на фундаментную плиту машины (при больших длинах коллектора).

Замена щеток

Важными условиями, которым должны удовлетворять щеточный суппорт или щеточная траверса, являются, безусловное отсутствие вибраций, доступность осмотра щеток и их регулировки, легкий съем отдельных щеткодержателей для ремонта и возможность одновременного поворота всей системы щеток для точной установки их в надлежащем для коммутации положении при сохранении полной концентричности щеткодержателей и коллектора.

Щетки, щеткодержатели, пальцы (или бракеты) и траверса (или суппорт) составляют так называемый токособирательный аппарат машины постоянного тока. В него входят также соединения между собой зонных комплектов щеток одной и той же полярности.

Для отвода тока щеточные пальцы и бракеты одноименных зон (т. е. одной и той же полярности, положительные или отрицательные) соединяют электрически друг с другом изолированным проводом соответствующего сечения.

Таким образом, получают два собирательных полных или неполных кольца, которые затем присоединяют посредством гибких кабелей соответствующего сечения к внешним зажимам машины. Последние крепят на особой доске зажимов либо к ярму, либо к фундаментной плите машины. Прикрытая защитной крышкой доска зажимов образует коробку зажимов.

Правильное применение и выбор щеток вместе с надлежащим техническим обслуживанием приводят к повышению производительности машины и снижению затрат на время простоя.

Поскольку трение, вызванное вращением устройства, вызывает абразивный износ, щетки необходимо периодически заменять. По этой причине были изобретены бесщеточные электродвигатели.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

Разбираемся, в чем принципиальная разница в двигателях и рассматриваем их плюсы и минусы. Устройство и принцип действия двигателей и итоги их сравнения.

Все чаще на просторах интернет-магазинов можно найти инструменты с двумя типами двигателей. Инструменты и садовая техника WORX также не отстают от современных трендов при производстве техники, так что на нашем сайте вы тоже можете найти специальную характеристику двигателя — щеточный или бесщеточный. Так что же это за характеристика, на что она влияет и в чем принципиальные отличия инструментов с тем или иным двигателем? Давайте разбираться.

Устройство и принцип действия щеточного двигателя

Щеточный двигатель по-другому еще называется коллекторным. Состоит двигатель из нескольких важных частей.

Ротор — по-другому, якорь. Как раз он вращается внутри и преобразует электрическую энергию в механическую. Якорь обмотан медной проволокой (обмоткой) с разных сторон ротора. За счет прохождения тока через проволоку создается магнитное поле, которое в свою очередь и создает вращение элемента.

На щеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую. Это позволяет менять направление вращения ротора. Этот коммутатор и есть коллектор, от которого взял свое название двигатель.

Чтобы напряжение передалось на обмотки, а ток прошел через коллектор в двигатель устанавливаются специальные щетки. Щетки обычно состоят из графита; они всегда контактируют с коммутатором и обеспечивают подачу энергии к катушкам с обмоткой. Есть две щетки, и каждая из них подключается к противоположному полюсу батареи. Это гарантирует, что при вращении ротора ток, протекающий к катушкам, постоянно меняет направление. Это приводит к необходимому изменению магнитного поля, которое позволяет ротору продолжать вращаться.

Все вышеописанные элементы установлены в статор. Статор — неподвижных элемент двигателя, в котором могут быть либо еще одна катушка с проволокой, либо постоянный магнит. За счет того или другого элемента и создается магнитное поле обратной полярности ротору, из-за чего тот вращается.

Коллекторные двигатели могут работать от переменного напряжения, так как при смене полярности ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление, в результате чего вращательный момент не меняет своего направления.

Плюсы и минусы щеточного двигателя

Так мы с вами вкратце разобрались с устройством щеточного двигателя. Теперь в чем же его плюсы и минусы?

Плюсы

1. Первым плюсом инструментов со щеточными двигателями стоит отметить более низкую стоимость в отличие бесщеточных. Это связано с технологиями производства и более бюджетными материалами.
2. Вторым плюсом специалисты отмечают упрощенную конструкцию двигателя, что влияет на стоимость ремонта. Проще поменять щетки, чем весь мотор в целом.
3. Также к плюсам можно отнести относительно малый вес и размер инструментов.

Минусы

1. На высоких оборотах увеличивается трение щёток. Отсюда вытекает проблема их быстрого износа. Помимо износа самих щеток, в процессе работы они стираются. Стертый графит может засорить коллектор и привести в полную негодность инструмент.
2. Также к минусам можно отнести более низкую мощность щеточных инструментов, в отличие от бесщеточных моделей. Это связано с тем, что щеточные двигатели физически не могут выдавать мощность выше 3 000 об./мин. Но такой мощности вполне достаточно для домашнего обихода.
3. Еще одним минусом щеточных двигателей мы можем отметить наличие искрения во время работ. Обратите внимание, что при запуске инструмента щетки трутся о коллектор и создают видимые искры. Это значит, что работать щеточными инструментами нужно более аккуратно — убирать на расстояние все возможные легковоспламеняющиеся вещества и предметы, а также периодически делать перерывы в работе, во избежание перегрева двигателя.
4. Последним минусом отметим не очень высокий КПД инструментов с коллекторным двигателем — всего 60%. Это значит, что инструменты несколько хуже справляются с прочными материалами (например, с металлом) и выполняют меньший объем работы за то же время, что бесщеточный инструмент.

Устройство и принцип действия бесщеточного двигателя

Теперь давайте разберем принцип работы бесщеточного двигателя. Как понятно из названия, его принципиальное отличие в отсутствии щеток. Но как же он тогда работает? Как нужная энергия поступает в двигатель?

В устройстве бесщеточного двигателя также присутствует ротор и статор — основные элементы любого мотора. Но при этом отсутствует коллектор, соответственно и двигатель по-другому называется бесколлекторным. Если у щеточного двигателя работа происходит за счет электро-механической смены полярности, то в бесщеточном двигателе все работает благодаря электромагнитной индукции. Также отличается местоположение обмотки — здесь она располагается на статоре, в отличие от предыдущего вида двигателя.

Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, который контролирует подачу напряжения на катушки для создания индуктивности, а также положение ротора и скорость его вращения.

Когда плата подает на обмотку ток, создается тоже противоположное магнитное поле, и магниты на роторе начинают вращаться.

Еще одной особенностью бесщеточных двигателей нужно назвать их типы. Двигатели бывают двух типов — синхронный и асинхронный. В синхронном двигателе частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля — то есть один оборот ротор совершает после одного полного прохождения тока через катушку. А в асинхронном двигателе обратная ситуация — частота вращений ротора меньше, чем частота вращения магнитного поля. То есть ток проходит через катушку быстрее.

Плюсы и минусы бесщеточного двигателя

Если с устройством бесщеточного двигателя мы разобрались, то теперь давайте рассмотрим положительные и отрицательные стороны инструментов с бесщеточными моторами.

Плюсы:

1. У инструментов с бесщеточным двигателем отсутствуют многие проблемы, которые встречаются у щеточных моделей. Так, первым плюсом специалисты отмечают бо́льшую износостойкость инструментов. Ввиду отсутствия щеток не создается трение внутри двигателя, соответственно нет внутренних загрязнений. Также отсутствие щеток снижает пожароопасность инструмента — при работе нет искрения, а значит можно работать практически в любых условиях.
2. Вторым плюсом стоит отметить упрощенную регулировку крутящего момента — в отличие от щеточных моделей, у бесколлекторных инструментов достаточно просто нажать соответствующую кнопку на инструменте. Причем регулировка может иметь до 15 уровней и переключаться в одно мгновение.
3. Одним из ключевых преимуществ бесщеточных моделей нужно отметить экономию расходуемой энергии. Этот пункт особенно актуален для аккумуляторных инструментов. Благодаря экономии инструменты работают до 50% дольше, чем модели со щеточным двигателем. Также КПД бесколлекторных инструментов намного выше — инструмент выполняет 90% поставленных задач, против 60% у коллекторных моделей. Это значит, что бесщеточными инструментами можно работать практически с любым материалом без потери мощности.
4. Помимо вышеуказанных преимуществ инструментов с бесщеточным двигателем, они еще могут разгоняться до максимальных показателей и имеют быстрый запуск сразу с больших скоростей, чем не могут похвастаться щеточные инструменты.

Минусы:

Но не бывает все настолько радужно. Даже у инструментов с бесщеточными двигателями есть и свои недостатки. Так сказать, ложка дегтя в бочке меда.

1. К минусам, в первую очередь стоит отнести стоимость инструментов. Техника с бесщеточным мотором в цене дороже, чем упрощенные модели со щеточным двигателем.
2. Вторым недостатком бесколлекторных инструментов может быть сложное и дорогое техническое обслуживание. Бесщеточный двигатель — технологичное устройство, для работы с которым нужны знания в микроэлектронике. К счастью, в сотрудники наших сервисных центров знают и умеют обслуживать бесколлекторные двигатели.

Итоги сравнения щеточного и бесщеточного двигателей

Если сравнивать инструменты с разными видами двигателей, то можно смело сказать, что техника с бесщеточным двигателем надежнее и мощнее. Но нужно учитывать тот факт, что ориентирована такая техника больше на профессиональные работы. В быту же и инструменты со щеточным двигателем отлично справятся со своими задачами. Потому перед покупкой инструмента заранее определите цели, для которых вы будете использовать инструменты.

В ассортименте компании WORX есть инструменты и со щеточными и с бесщеточными двигателями. Чтобы определить какой именно тип двигателя установлен в инструменте, обратите внимание на иллюстрацию в карточке товара — в бесщеточных моделях есть специальная пометка «BRUSHLESS MOTOR».

Другие записи

Рассказываем, как бороться с последствиями снегопада классическими способами и с использованием снегоуборочной техники WORX.

Короб для хранения вещей на колесиках можно создать своими руками, а помогут в этом инструменты Worx и наша инструкция!

Создайте оригинальный столик в стиле терраццо с помощью простых материалов и ручных инструментов Worx!