Коллекторный узел электродвигателя необходим, чтобы передать электроэнергию на обмотки якоря. Так как якорь производит вращательное движение во время работы, передача осуществляется через специальный контакт. Для организации подвижного контакта во всех бытовых и промышленных двигателях не используют пластины из металла. Это обусловлено высокими оборотами, при которых трение металла об металл производило бы дополнительный нагрев рабочей поверхности и быструю выработку коллектора. Поэтому в качестве контакта был выбран графит либо уголь. Получил он название — электрическая щетка.
Щетки электродвигателя
Контакт скользящего типа, предназначенный для подведения и отведения электричества на коллекторах либо кольцевых контактах всех типов электрических машин (электродвигатели и генераторы), получил название электрощетки.
Щетки электродвигателя выпускают как с проводниками из металла, так и без них. Закрепление провода в щетке выполняют методом развальцовки, впрессовки либо при помощи пайки. Тоководы щеточные бывают таких марок:
- МПЩ – специальный тип провода многожильный, изготовленный из проволоки медной;
- ПЩ – гибкий тип провода медного проволочного плетения;
- ПЩС – провод универсальный с повышенным показателем гибкости.
На подводящем проводе предусмотрены контактные наконечники. С помощью них провод закрепляется болтом щеточного держателя. Наконечники бывают вилочного, флажкового, двойного и пластинчатого типа.
Конструкция щетки.
Конструкция щетки обозначает расположение токоведущих выводов на теле щетки, их количество а также наличие или отсутствие различных прорезей для крепления щетки.
Типовые конструкции электроконтактных щеток приведены в таблице.
| Общий вид щетки | Тип щетки | Краткая характеристика и назначение щетки. |
| К1 | Щетка прямоугольная неармированная. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-1 | Щетка прямоугольная c одним проводом на верхней поверхности по оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-2 | Щетка прямоугольная c одним проводом на верхней поверхности , смещенным от оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-3 | Щетка прямоугольная c двумя проводами на верхней поверхности, симметричными относительно оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-4 | Щетка прямоугольная c одним проводом на меньшей боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-5 | Щетка прямоугольная c одним проводом на большей боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-6 | Щетка прямоугольная c двумя проводами на боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-7* | Щетка прямоугольная c двумя проводами на верхней поверхности, смещенными от оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К1-8* | Щетка прямоугольная c четырьмя проводами на верхней поверхности, симметричными относительно оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К2 | Щетка со скошенной контактной поверхностью. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К2-1 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью и одним проводом на верхней поверхности щетки по оси щетки. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К2-2 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью и одним проводом на верхней поверхности щетки, смещенным от оси щетки оси щетки. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К2-3 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью и двумя проводами на верхней поверхности щетки, симметричными относительно оси щетки. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К2-7* | Щетка cо скошенной контактной поверхностью и двумя проводами на верхней поверхности ,смещенными от оси щетки. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К2-8* | Щетка cо скошенной контактной поверхностью и четырьмя проводами на верхней поверхности, симметричными относительно оси щетки. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К3-3 | Щетка cо скошенными контактной и верхней поверхностями и двумя проводами на верхней поверхности. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К3-5 | Щетка cо скошенными контактной и верхней поверхностями проводом на боковой грани. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К3-8* | Щетка cо скошенными контактной и верхней поверхностями и четырьмя проводами на верхней поверхности. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К4-2 | Щетка прямоугольная со скосом на верхней поверхности с одним проводом на скосе. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К5-2 | Щетка со скошенной контактной поверхностью и одним проводом на скосе верхней поверхности. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К6-3 | Щетка прямоугольная со скосами на верхней поверхности и двумя проводами на скосах. Применяется в радиальных щеткодержателях с пружинами различного исполнения | |
| К6-8* | Щетка прямоугольная со скосами на верхней поверхности и четырьмя проводами на скосах. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К8 | Щетка прямоугольная с пазом на верхней поверхности. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К8-2 | Щетка прямоугольная с пазом и одним проводом на верхней поверхности, смещенным от оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с плоской ленточной пружиной | |
| К8-3 | Щетка прямоугольная с пазом и двумя проводами на верхней поверхности, симметричными относительно оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с плоской ленточной пружиной | |
| К8-4 | Щетка прямоугольная с пазом на верхней поверхности и одним проводом на меньшей боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях с плоской ленточной пружиной | |
| К8-5 | Щетка прямоугольная с пазом на верхней поверхности и проводом на большей боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях с плоской ленточной пружиной | |
| К8-8* | Щетка прямоугольная с пазом и четырьмя проводами на верхней поверхности, симметричными относительно оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях с плоской ленточной пружиной | |
| К10-4 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью, пазом на верхней поверхности и одним проводом на боковой грани. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К11 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью, пазом на верхней поверхности и одним проводом на боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К11-3 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью, со скошенным пазом и двумя проводами на верхней поверхности, симметричными относительно оси щетки. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К11-4 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью, скошенным пазом на верхней поверхности и одним проводом на боковой грани. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К11-8 | Щетка cо скошенной контактной поверхностью, скошенным пазом на верхней поверхности и четырьмя проводами на верхней поверхности. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К12-3 | Щетка прямоугольная с пазом и двумя проводами на верхней поверхности, с резиновой накладкой Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К12-8* | Щетка прямоугольная с пазом и четырьмя проводами на верхней поверхности, с резиновой накладкой Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К13-2 | Щетка прямоугольная с пазом на верхней поверхности со скосом и одним проводом на скосе. Применяется в радиальных щеткодержателях с плоской ленточной пружиной | |
| К14 | Щетка прямоугольная с головкой на верхней поверхности. Применяется в радиальных щеткодержателях со спиральной проволочной пружиной | |
| К14-1 | Щетка прямоугольная с головкой на верхней поверхности и одним проводом на головке. Применяется в радиальных щеткодержателях со спиральной проволочной пружиной | |
| К14-5 | Щетка прямоугольная с головкой на верхней поверхности и одним проводом в боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях со спиральной проволочной пружиной | |
| К15-6 | Щетка с контактной и верхней поверхностями, со скошенным пазом и двумя проводами в боковой грани. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К16-2 | Щетка со скошенной контактной поверхностью, двумя скосами на верхней поверхности и одним проводом на скосе. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К17-2 | Щетка со скошенной контактной поверхностью, двумя скосами на верхней поверхности и одним проводом в боковом скосе. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К17-3 | Щетка со скошенной контактной поверхностью, тремя скосами на верхней поверхности и двумя проводами в боковых скосах. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К18-2 | Щетка со скошенной контактной поверхностью, двумя скосами, скошенным пазом на верхней поверхности и одним проводом на скосе. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К19-2 | Щетка со скошенной контактной поверхностью, тремя скосами, скошенным пазом на верхней поверхности и одним проводом на скосе. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К20-3 | Щетка разрезная со скосами на контактной и верхней поверхностях, впрессованной накладной и двумя проводами, смещенными относительно оси щетки. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К20-8 | Щетка разрезная со скосами на контактной и верхней поверхностях, впрессованной накладной и четырьмя проводами. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К21-2 | Щетка сложной конструкции с одним проводом. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К21-3 | Щетка сложной конструкции с двумя проводами. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К22-6 | Щетка прямоугольная с двумя скосами, пазом на верхней поверхности и двумя проводами на боковой грани. Применяется в радиальных щеткодержателях с плоской ленточной пружиной | |
| К23-1 | Щетка трапецеидальная с одним проводом. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К23-8 | Щетка трапецеидальная с четырьмя проводами. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К24-2 | Щетка со скосами на контактной и верхней поверхностях, скошенным пазом и одним проводом на скосе. Применяется в реактивных щеткодержателях | |
| К27-3 | Щетка трапецеидальная с двумя проводами. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К27-8 | Щетка трапецеидальная с четырьмя проводами. Применяется в радиальных щеткодержателях | |
| К28-3 | Щетка со сложной контактной поверхностью и двумя проводами симметричными относительно оси щетки. Применяется в радиальных щеткодержателях |
Виды щеток
Существует несколько классов щеток, удовлетворяющих разным коммутационным условиям:
- Графитовые щетки. Изготовлены они на основе графита с добавлением наполнителя в виде сажи и других веществ. Предназначены щетки для коммутации легкой степени в генераторах и двигателях. Выпускаются марок ЭГ61А и Г20.
- Угольно-графитового типа. Щетки малой прочности для небольших механических нагрузок. Марки Г21, Г22.
- Электрографитного типа. Щетки повышенной механической прочности, насыщенные углеродом. Выполняют коммутацию средней степени сложности. Выдерживают большие токовые нагрузки. Бывают марок ЭГ2А, ЭГ74, ЭГ14, ЭГ4, ЭГ841.
- Металло-графитового типа (меднографитовые щетки для электродвигателей). Основным компонентом щетки является медный, оловянный и графитовый порошок. К ним идут разные наполнители. Щетки обладают высокой прочностью, не пропускают газовую и жидкую среду. Применимы в высокой и средней сложности условиях коммутации. Обеспечивают функционирование генераторов низкого напряжения. Марки имеют МГ, МГС, МГС 5, МГС 20, МГС 51, МГСОА, МГСО, МГСО1М, М1А, М1.
Описанные щеточные контакты применимы в промышленности, для бытового оборудования выпускают щетки марок Г33МИ, Г33, Г30, Г31.
Металлографитовые щетки
Щетки металлографитные марок 611ОМ, М1А, МГ, МГ4, МГС5, МГС20, МГСО, МГСО1М, МГСОА, М1А, МГС51 и др. применяются в электрических машинах, генераторах, преобразователях тока, асинхронных двигателях, стартерах, низковольтных машинах с высокой плотностью тока , моторедукторах, исполнительных механизмах для автомобильного транспорта и т.п.
| Марка | Твердость, кПа×104 | Удельное электрическое сопротивление, мкОм×м | Номинальная плотность тока, А/см2 | Максимальная допустимая линейная скорость, м/с | Переходное падение напряжения на паре щеток, В |
| 611ОМ | 6-12 | 8-28 | 15 | 40 | 0,7-1,7 |
| М1А | 8-25 | 2-8 | 12 | 60 | 0,8-2,0 |
| МГ | 4-14 | не более 12 | 30 | 30 | не более 0,4 |
| МГ4 | 10-22 | не более 1,3 | 24 | 30 | не более 1,6 |
| МГС5 | 6-20 | 2-15 | 45 | 16 | 0,7-1,9 |
| МГС20 | 6-25 | не более 0,4 | 120 | 15 | 0,3-1,0 |
| МГСО | 6-20 | 2-15 | 30 | 30 | не более 0,35 |
| МГСО1М | 6-20 | не более 0,8 | 80 | 15 | 0,1-0,5 |
| МГСОА | 14-45 | не более 0,3 | 100 | 15 | 0,1-0,45 |
| М1А | 8-25 | 2-8 | 12 | 33 | 0,8-2,0 |
| МГС51 | 6-20 | 2-13 | 80 | 15 | 1,2-2,5 |
Выбор щеточного контакта
Самое важное при подборе щеток электродвигателя — знать параметры выработанных щеток. Кроме геометрических размеров, новая щетка должна совпадать по марке графита, типу и сечению провода. Необязательно брать ту же марку, как у оригинала, но твердость щетки электродвигателя и режимы работы должны совпадать. Толщина провода не должна быть меньше оригинала, а гибкость соответствовать. Основные ошибки при подборе щеточного контакта:
- Установка более жесткого графитового контакта туда, где использовались более мягкие. Результатом может стать быстрый износ коллектора.
- Установка «универсальных» щеток повсеместно. Это может нарушить режим работы устройства.
- Ориентировка при покупке щетки на маркировку графита сбоку старой щетки электродвигателя. Маркировка графита – это не маркировка параметров контакта!
Угольнографитные щетки
Щетки угольнографитные марок Г3, Г20, Г21, Г21А, Г33 и др. применяются в машинах постоянного тока и коллекторных машинах переменного тока, электродвигателях бытовой техники, двигателях электрических машин, работающих в условиях пониженного атмосферного давления и т.п.
| Марка | Твердость, кПа×104 | Удельное электрическое сопротивление, мкОм×м | Номинальная плотность тока, А/см2 | Максимальная допустимая линейная скорость, м/с | Переходное падение напряжения на паре щеток, В |
| Г3 | 7-19 | 8-20 | 12 | 60 | 1,9 |
| Г20 | — | 35-100 | 15 | 40 | 2,9 |
| Г21 | 20-60 | 150-450 | 8,5 | 30 | 2,5-5,5 |
| Г21А | 20-60 | 150-400 | 10 | 25 | 3,0-6,0 |
| Г33 | 18-64 | н/б 900 | 10 | 35 |
За более подобной информацией Вы можете обратиться к официальному поставщику щеток для электрических машин — пр-ва ЗАО «Электроконтакт».
По материалам
Почему щетки искрят
Искрение щеток, скользящих по коллектору, закономерно, ведь в момент перехода от одной ламели к другой происходит дуговой микроразряд. При правильном функционировании двигателя, исправности и соответствии всех элементов оно едва уловимо глазом. Но если сильно искрит щетка электродвигателя, причина говорит о неполадках в работе. Игнорирование этого процесса чревато выходом из строя якоря.
Причины, из-за которых искрят щетки, следующие:
- Образование нагара либо загрязнений на коллекторе. Возможно при продолжительной работе двигателя без технического обслуживания на контактах коллектора образовалась тонкая пленка из нагара. Она имеет повышенное сопротивление, что приводит к искрообразованию. Устранить неполадку можно, обработав коллектор наждачной бумагой нулевой зернистости (в направлении, куда вращаются щетки).
- Замыкание соседних контактов коллектора пылью от графита или мелким медным порошком. В этом случае в цепях возрастают токи, что приводит к сильному искрообразованию. Перемычки следует аккуратно устранить острым предметом.
- Неправильный подбор параметров щеток. В результате несоответствия сопротивления контактов также будут искры на коллекторе. Нужно заменить графитовые щетки, основываясь на технической документации двигателя.
- Выработка щеток.
- Межвитковое замыкание в обмотках якоря. Проверить якорь и заменить в случае неисправности.
Причины неисправностей и замены
Роль щеток в электродвигателе неоспорима. Поэтому целесообразно минимизировать действие факторов, которые приводят к их неисправности.
В частности, опасность вызывает такое явление, как искрение щеток. Оно проявляется по таким причинам:
- Нагар и грязь на коллекторе. Требуется произвести очистку при помощи наждачки-нулевки.
- Накопление графитовой пыли или медного порошка, приводящее к замыканию контактов. При помощи ножа или другой острой детали все перемычки целесообразно оперативно удалить.
- Если контакты различаются по уровню сопротивления, неверно подобраны щетки по основным параметрам, то это способно вызвать искрение. В таком случае потребуется замена щеток для электродвигателей своими руками или обращение в сервисный центр.
- Полная выработка ресурса. Это также потребует замены щеток.
- Замыкание на межвитковом участке обмоток якоря – для исправления ситуации необходимо проверить работоспособность якоря и поменять его при необходимости.
Даже если щетки подобраны правильно, рекомендуется выделить время на их притирку. Для этого целесообразно запускать мотор вхолостую, не нагружая его. Также коллектор должен регулярно очищаться, а использование специальных смазок поможет продлить срок службы всей конструкции.
Рекомендации по выбору
При подборе щёток, в первую очередь следует обращать внимание на материал для их изготовления: здесь важна хорошая проводимость электричества и прочность (твёрдость) самого изделия, влияющая на его долговечность. Одной из важных характеристик деталей является активное сопротивление, которое учитывается при расчёте данных по обмотке двигателя и номиналу пускорегулирующих устройств. Этим требованиям полностью отвечают угольные щетки. Угольному материалу характерно дополнительное преимущество: при появлении дуги напряжения, не происходит приваривание к металлическим поверхностям (при работе двигателя дуга электричества возникает довольно часто).
Многие фирменные угольные щетки комплектуются механизмом автоматического отключения: в деталь устанавливается специальная пружина с непроводящим наконечником, выполненным из керамики. Достигнув определённого уровня износа, пружина выталкивает наконечник и электроинструмент выключается. При износе, без данного механизма, на коллектор может воздействовать пружина щёткодержателя или поводок щётки, приводя к поломке якоря (рекомендуется время от времени проводить анализ состояния щёточного узла и самих щёток).
Наименьшим сроком службы характеризуются генераторные щётки. Такие детали, кроме собственного износа, негативно влияют и на работу двигателя. Выполнены эти изделия из почти чистой меди, при незначительном добавлении угольных компонентов, графита и других примесей. Данные детали рассчитаны на величину тока, соответствующую величине в генераторах (значительно большей, по сравнению с двигателем). Ставить их в электроинструменты нельзя: такие действия могут сразу вызвать короткое замыкание цепи. Если же якорь успеет поработать, то большое напряжение и повышенная температура выведут обмотку из строя, из-за чего потребуется дорогостоящий ремонт.
Важно! Медь коллектора якоря может быть твёрдой или мягкой. Для мягкой меди нужно выбирать специальные мягкие щётки. Если в данном случае установить жёсткие изделия, то коллектор за короткий срок может полностью износиться, и потребуется ремонт по замене якоря. При установке мягких деталей на жёсткий коллектор — из строя выйдут сами щётки.
Как понять что нужно менять щетки
Многие меняют щетки только после того, как обнаруживают сильное искрение инструмента, а также появление запаха гари. Многих мастеров не останавливают даже эти признаки, и они продолжают эксплуатировать инструмент, пока он не перестанет включаться. Когда же необходимо менять угольные щетки, чтобы не навредить устройству электроинструмента. Для этого имеются следующие признаки:
- Сильное искрение — если появляются признаки сильного искрения, то необходимо разобрать инструмент, и произвести осмотр расходных элементов. Искрение — это первый признак того, что расходные элементы предстоит заменить
- Появление запаха гари — если при работе инструментом слышен запах нагара, то рекомендуется разобрать болгарку и произвести замену графитовых щеток
- При износе основной части свыше 30%-40%. Однако определить начальную их длину практически невозможно, если только не измерить ее перед установкой элементов
- При появлении таких признаков, как дергание и «рычание» электроинструмента
Еще подлежат устройства замене, если они имеют неравномерный износ, а также не соответствуют качеству.
