Для чего нужны щетки в двигателе – почему щетки для электродвигателей сильно искрят и горят? Выбор щеток для двигателя в корпусе. Как выбрать щеткодержатель?

Содержание

Щетки электродвигателя: назначение, виды, замена

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.

графитовые щетки

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.

щетки электродвигателя

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.

замена щеток электродвигателя

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!
искрит щетка электродвигателя причина

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.
меднографитовые щетки для электродвигателей

Замена щеток электродвигателя

Менять щетки необходимо тогда, когда от рабочей части осталось не менее трети, а также следовать правилам:

  • Подбирать щетки, соответствующие параметрам предыдущих.
  • Проводить визуальный осмотр коллектора и чистку при надобности.
  • Если рабочая поверхность щеток имеет скос, не путать его расположение.
  • Дать щеткам время на притирку, включая мотор без нагрузок, и затем удалить притирочную пыль с коллектора.

Заключение

Кроме всех перечисленных мероприятий по уходу за щетками, также существуют специальные смазки коллекторного узла. Они позволяют снизить механическую нагрузку на контакт и препятствуют образованию нагара.

Электрощётка — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Угольные щётки

Электрощётка, также угольная щётка — электрический контакт, проводящий электрический ток между неподвижными проводами и движущимися частями, чаще всего — во вращающемся вале

[1][2]. Часто применяются в электродвигателях, электрических генераторах постоянного и переменного тока, а также в переменных/подстроечных резисторах, ЛАТР,токоприёмниках электроподвижного состава (троллейбусах, трамваях, метрополитене), поворотных стендах.

Для функционирования некоторых типов электродвигателей и генераторов катушки ротора должны быть сопряжены для того, чтобы замкнуть электрическую цепь. Первоначально это достигалось путём прикрепления медного или латунного коммутатора или контактного кольца к валу, с помощью пружин, прижимающих плетёные медные проволочные «щётки» к проводящим ток кольцам. Такие щётки обеспечивали плохую коммутацию, поскольку они перемещались от одного сегмента коммутатора к другому. Помогло внедрение «высокоомных щёток», изготовленных из графита (иногда — с добавлением меди). Хотя сопротивление составляло порядка десятков миллиом, оно было достаточно высоким, чтобы обеспечить постепенный сдвиг тока от одного сегмента коммутатора к другому. Термин «щётка» остался в употреблении. Поскольку щётки изнашиваются, то в изделиях, предполагающих техническое обслуживание, их можно заменить

[2].

Щётки из металлического волокна в настоящее время находятся в стадии разработки[3]. У них может быть преимущество по сравнению с современной технологией, но они пока ещё не получили широкого распространения.

Элементы угольной щётки

Состав компонентов[править | править код]

Конкретный состав щётки зависит от сферы применения. Обычно используется графитный/углеродный порошок. Для большей электропроводности используется медь (редко для использования с переменным током). Чтобы максимально увеличить электрическую проводимость и предел прочности, используется высокодендритный (электролитический) медный порошок

[4]. Вяжущие вещества, в основном фенол или другие смолы или пек, смешиваются таким образом, чтобы порошок сохранял свою форму при уплотнении. Также добавками могут быть металлические порошки и твёрдые смазки, такие как MoS2 и WS2. Для того, чтобы определить состав щётки для каждой области применения или двигателя, требуется множество исследований и разработок.

Уплотнение смеси[править | править код]

Типы электрощёток коммутатора Типы электрощёток коммутатора

Компоненты щётки уплотняются в механизме, состоящем из верхнего и нижнего пуансона и матрицы, на механических или гидравлических прессах. На этом этапе, в зависимости от последующей обработки, медная проволока (так называемая

шунтирующая проволока) может быть автоматически вставлена через отверстие в верхнем пуансоне и зафиксирована в прессованном щеточном блоке порошком, спрессованным вокруг. Эта операция, называемая «трамбовкой», обычно выполняется с использованием электролитического медного порошка; возможно использование серебряного напыления в некоторых высокопроизводительных областях[5]. После этого процесса щётка всё ещё очень хрупкая и на профессиональном жаргоне называется «сырая щётка» (англ. green brush).

Обжиг сырых щёток[править | править код]

Щётки на электродвигателе, извлечённом из пылесоса
Щётки на электродвигателе, извлечённом из пылесоса

Затем производится термообработка «сырых щёток» в искусственной атмосфере (как правило, это водород и азот) при температуре до 1200 °C. Этот процесс называется спеканием или выпеканием. Во время спекания связующие вещества либо выгорают, либо карбонизируются и образуют кристаллическую структуру между углеродом, медью и другими компонентами. Выпекание сопровождается графитизацией (термообработкой). Термическая обработка варьируется согласно температурной кривой, точно определённой для каждой смеси материалов. После состава смеси, используемая температурная кривая является вторым большим «секретом» каждого производителя щёток. После термообработки структура щётки изменяется таким образом, что конкурирующим компаниям практически невозможно её скопировать.

Дополнительные операции[править | править код]

Щётки в небольшом коммутируемом двигателе постоянного тока

Спекание приводит к тому, что щётки дают усадку и изгибаются. Для придания им конечной формы необходимо шлифование. Некоторые производители для того, чтобы сделать щётку более долговечной, используют дополнительную обработку — пропитку рабочей поверхности специальными маслами, смолами и смазками.

Производство угольных щёток требует глубоких знаний материалов и опыта работы с составами смесей. Незначительные изменения в составе щётки всего на несколько процентов от массы компонентов могут существенно изменить её свойства при использовании. В мире существует всего несколько компаний, разрабатывающих щётки, которые в основном специализируются на определённых типах щёток.

Угольные щётки — одна из наименее дорогостоящих деталей в электродвигателе. С другой стороны, обычно они являются ключевой частью, которая обеспечивает долговечность («срок службы») и производительность двигателя, в котором они используются. Их изготовление требует пристального внимания к контролю качества и производственного процесса на всех этапах производства.

Периодически проводятся исследования по использованию жидких металлов для установления контактов. Недостатки этого подхода — необходимость удержания жидкого металла (поскольку обычно они токсичны или вызывают коррозию) и потери мощности из-за индукции и турбулентности.

  1. Бут Д. А. Глава 1. Общие сведения о бесконтактных электрических машинах // Бесконтактные электрические машины. — 2-е. — М. : Высшая школа, 1990. — С. 9. — 416 с. : ил. — ISBN 5-06-000719-7.
  2. 1 2 Электрощетки графитовые, угольные и меднографитовые щетки (рус.)  (неопр.) ?. rusvolt.su. Дата обращения 5 ноября 2019.
  3. ↑ Metal Fiber Brushes and Slip Rings (неопр.). www.dh-inc.com. Дата обращения 5 ноября 2019.
  4. Zanon, Matteo; Rampin, Ilaria; Breda, Alessandro; Bortolotti, Francesco. The sintering behaviour of electrolytic and water-atomized copper powders (англ.) : journal. — 2015. — 5 October.
  5. Zanon, Matteo; Nassuato, Mirko; Rampin, Ilaria; Echeberria, Jon; Martinez, Ane Maite. The conductive behaviour of copper and silver-coated copper powders (англ.) : journal. — 2014. — 23 September.
  • 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

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

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.

Отличия щеточного и бесщеточного двигателя WORX

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 обмотке в бесщеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую, что 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.

Устройство щеточного двигателя

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

Плюсы щеточных двигателей
  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

Минусы щеточного двигателя
  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.

Устройство бесщеточного двигателя

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:

Плюсы бесщеточного двигателя
  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:

Минусы щеточного двигателя

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

Инструменты с разными двигателями в разрезе

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».

Зачем нужны щетки в электродвигателе

Замена щеток в электродвигателе требуется достаточно часто, поскольку их износ – одна из наиболее часто встречающихся неисправностей. При замене щеток для обеспечения правильной работы агрегата необходимо выполнить их притирку. Как притереть щетки электродвигателя и осуществить эту процедуру грамотно?

Процесс притирки щеток электродвигателя

Есть несколько способов притирки щеток. Выбирать, который из них использовать, следует исходя из типа двигателя и ваших предпочтений.

Первый способ.

Прежде всего, требуется грубая подгонка щеток по коллектору – ее проводят с помощью напильника и крупнозернистой бумаги. Затем:

  • Щетки устанавливаются на место, и под них подкладывается специальная шлифовальная стеклянная бумага (№ 00). Ее рабочая поверхность должна быть обращена к щеткам. Отрезок бумаги отмеряется таким образом, чтобы по длине он был равен приблизительно 1.5 длине окружности коллектора.
  • Якорь поворачивается вручную до того момента, когда бумага станет соприкасаться со всей поверхностью щеток и шлифовать ее.
  • Механизм очищается от угольной пыли и продувается сильной струей сжатого воздуха.
  • Двигатель включается с нагрузкой 25-30 % от номинальной для более тщательной пришлифовки щеток.

Так как наличие в двигателе пыли и продуктов износа щеток может привести к замыканию на массу кронштейна щеткодержателя, после выполнения притирки необходимо продуть сжатым воздухом генератор.

Второй способ.

Ваши действия должны выглядеть следующим образом:

  • На коллектор наматывается и тщательно закрепляется полоска стеклянной шкурки.
  • Крышка со вставленными в щеткодержатели щетками вращается вокруг неподвижного якоря вручную в том же направлении, в каком сам якорь вращается в собранном генераторе.

Третий способ.

Стеклянная бумага кладется на коллектор (абразивной стороной вверх) и несколько раз протягивается вперед и назад. Одновременно осуществляется не слишком сильный нажим на щетки. Процесс прекращается после того, как щетки начнут равномерно прилегать к коллектору. Ширина полоски бумаги должна быть больше ширины щетки.

Применение карборундового или наждачного полотна для выполнения притирки недопустимо, поскольку попадание абразивных частиц между пластинами коллектора может спровоцировать замыкание.

Когда требуется притирка щеток электродвигателя

Эту процедуру нужно проводить при:

  • Установке новых щеток взамен износившихся.
  • Их неравномерном износе по длине.
  • Неправильном скосе рабочей поверхности щеток при допустимой высоте.

Во избежание короткого замыкания и поломки двигателя следует регулярно проверять состояние щеткодержателей и щеток. Упругость пружин щеткодержателей проверяется с помощью рычажного или пружинного динамометра. Если показатель упругости меньше, чем указано в ТУ, щетки будут вибрировать, а коллектор быстрее изнашиваться.

Показатели правильного подбора и грамотной установки щеток – это:

  • Соответствие щеток марке двигателя.
  • Их свободное вращение на оси щеткодержателя.
  • Полное прилегание поверхности деталей к коллектору.

Признаки плохой притирки щеток

Плохую притирку щеток можно определить по следующим признакам:

  • искрение;
  • сильный шум;
  • нарушение коммутации механизма;
  • вибрация.

Правильная притирка щеток обеспечивает равномерность распределения тока по рабочей поверхности, что приводит к улучшению рабочих показателей электродвигателя.

Освоив процесс притирки щеток, вы сможете самостоятельно устранять мелкие неполадки в агрегате и проводить его профилактику, не прибегая к помощи специалистов.

16 октября 2009 г.
Автор:
А. Джексон

С электродвигателями может произойти столько всяких вещей, что в большинстве случаев их техобслуживание и ремонт лучше всего проводить в соответствующей мастерской. Однако какие-то базовые элементы обслуживания некоторых электродвигателей можно выполнить самостоятельно — а именно замену изношенных угольных щеток и чистку коллектора.

Во многих случаях эти операции можно выполнить, не демонтируя электродвигатель. Однако у некоторых электроприборов придется отсоединить провода и отвернуть крепеж, с тем чтобы добраться до обеих щеток. В зависимости от сложности отсоединения двигателя решайте, нет ли смысла предоставить это все специалистам сервиса

Универсальные электродвигатели.

Универсальные электродвигатели устанавливают во многих типах электробытовых приборов от стиральных машин и пылесосов до электроинструментов — и работающих от сети, и беспроводных. «Универсальным» двигатель назван потому, что может работать как на переменном, так и на постоянном токе. В бытовой электросети ток переменный, а постоянный ток дают батареи и выпрямители.

Типичный универсальный электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую с помощью явления электромагнетизма. Прохождение электрического тока по двум катушкам из провода создает магнитное поле. В двигателе эти катушки — обмотки — окружены блоком из пластинчатой стали, который концентрирует магнитное поле. Металлический блок и катушки вместе образуют электромагнит, который в электродвигателе называется обмоткой возбуждения.

Рис. 1 Универсальный электродвигатель.

1. Обмотка возбуждения 4. Коллектор
2. Якорь 5. Контакт коллектора
3. Щетка 6. Якорная обмотка

Между двумя обмотками возбуждения находится металлическая конструкция — якорь, или ротор, который является подвижной частью двигателя. Вдоль якоря намотано несколько раздельных обмоток (якорные обмотки). К двум концам каждой обмотки подсоединены два медных полосчатых контакта. Они сгруппированы в форме цилиндра на одном конце якоря; контакты одной пары расположены на цилиндре друг напротив друга. Все вместе эти контакты образуют так называемый коллектор.

Кусочки угля (угольные щетки), расположенные друг напротив друга, прижимаются к паре противоположных контактов. Подаваемый на щетки электрический ток попадает через них на пару контактов коллектора и далее — в соответствующую якорную обмотку, создавая магнитное поле. Законы магнетизма заставляют это магнитное поле взаимодействовать с магнитным полем обмотки возбуждения — «северный» полюс одного поля и «южный» полюс другого поля взаимно притягиваются, и это заставляет якорь вращаться в определенном направлении.

Рис. 2 Противоположные полюса притягиваются

Вращение перемещает щетки на другую пару контактов коллектора, создавая другое магнитное поле. Каждое новое поле взаимодействует по очереди с обмоткой возбуждения, что создает равномерное вращение якоря.

Электродвигатели постоянного тока

Универсальные двигатели постоянного и переменного тока работают на похожих принципах, но у электродвигателя постоянного тока вместо обмотки возбуждения установлены постоянные магниты.

Бесшнуровые электроинструменты, такие как дрели, лобзики и кусторезы, работают с помощью двигателей постоянного тока, которые питаются от аккумуляторов напряжением до 30 В или выше. Для обеспечения достаточной мощности обычно несколько аккумуляторов соединяются последовательно.

Смена направления вращения двигателя постоянного тока достигается простой сменой полярности напряжения на контактах электродвигателя. В электроинструментах это делается с помощью соответствующего переключателя.

Замена двигателя постоянного тока обычно бывает дешевле его ремонта. Однако, может быть, стоит найти замену щеток и почистить коллектор. Не у всех двигателей постоянного тока щетки угольные — у некоторых это просто металлические пружины, которые контактируют с коллектором.

Асинхронные электродвигатели

Универсальные двигатели можно встретить в большинстве бытовых электроприборов, но в некоторых ситуациях предпочтительнее асинхронные электродвигатели. Асинхронные двигатели относительно малошумные, так как в них нет щеток, в них нет и угольной пыли, которая засоряет двигатель.
Электродвигатель с расщепленной фазой оснащен сложным комплексом обмоток, называемых статарными обмотками, или статором (аналог обмотки возбуждения), который окружает цилиндрический ротор из алюминия и стали. Здесь нет чисто электрического соединения с ротором, и вращение вызывается с помощью другой статарной обмотки, которая называется пусковой, или стартовой обмоткой. Последовательно с пусковой обмоткой часто соединяют конденсатор, чтобы увеличить пусковой момент двигателя.

Рис. 3 Асинхронный двигатель с расщепленной фазой

1. Статорная обмотка 2. Ротор

Асинхронный электродвигатель с расщепленными полюсами похож на двигатель с расщепленной фазой, но у него только одна статарная обмотка, которая создает постоянное магнитное поле. Медные проводники между пластинами из мягкой стали направляют магнитное поле в нужном направлении и заставляют ротор вращаться.

Рис. 4 Асинхронный двигатель с расщепленными полюсами

1. Медные проводники 2. Статорная обмотка

Поскольку здесь нет щеток, которые можно было бы самостоятельно поменять, все обслуживание и ремонт асинхронных двигателей лучше предоставить специалистам.

Обслуживание универсального электродвигателя

Если между щетками и коллектором плохой контакт, то эффективность работы универсального двигателя будет снижена. Плохой контакт может быть вызван как износом щеток, так и загрязнением коллектора.

Износ или залипание щеток

Угольные щетки устанавливаются разными способами, но они всегда прижимаются к коллектору тем или иным видом пружины. Описанное далее показывает три типичных способа установки щеток с возможностью их простой замены. Перед обслуживанием электродвигателя обязательно отключите прибор от электропитания, вынув вилку из розетки или другим способом.

  1. В этом электродвигателе щетку удерживает на месте металлический колпачок. Осторожно подденьте колпачок кончиком отвертки.

Рис. 5 Подденьте металлический колпачок

  1. По мере износа щетки плотно притираются к коллектору точно по его форме, поэтому, прежде чем вынуть щетку, сделайте на ней маленькую пометку, чтобы можно было ее вернуть точно в то же положение, если вы посчитаете, что износ не достиг того уровня, когда щетки надо менять.

Рис. 6 Сделайте на щетке маленькую пометку

  1. Выньте обе щетки вместе с их пружинами. Если щетки сильно стерлись, то установите новые щетки.

Рис. 7 Выньте щетку из ее держателя

Чистка коллектора

Перед тем как установить щетки, воспользуйтесь возможностью почистить поверхность коллектора.

  1. Старой зубной щеткой очистите пыль и грязь с поверхности, а также, при наличии, из узких щелей между медными пластинами.

Рис. 8 Сметите пыль с коллектора

  1. Затем отполируйте медную поверхность контактов стекловолоконным карандашом для чистки контактов, который продается для техобслуживания радиоаппаратуры. Если на коллекторе есть признаки сильного износа или подгорания, проконсультируйтесь у специалиста сервиса, можно ли электродвигатель отремонтировать.

Рис. 9 Зачистите контакты

Щетки с внешними пружинами

У некоторых универсальных электродвигателей каждая щетка удерживается в контакте с коллектором наружной пружиной, которую надо сначала поднять, чтобы можно было вынуть щетку. Каждая щетка подсоединяется с помощью медного плетеного проводника с соединительным наконечником.

Рис. 10 Для изъятия щетки поднимите пружину

Сменные блоки щеток

Еще проще обслуживать электродвигатели, в которых использованы сменные блоки щеток.

  1. Начните с отсоединения наконечников, подсоединенных к каждому щеточному блоку. Сделайте соответствующие пометки — рядом могут быть очень похожие запасные клеммы.

Рис. 11 Отсоедините наконечник

  1. Затем выкрутите винты, крепящие пластиковый блок к корпусу двигателя.

Рис. 12 Отвинтите блок щеток

  1. Снимите все блоки и замените их новыми.

Рис. 13 Выньте и замените блок щеток

Выполнив базовое обслуживание, кистью и пылесосом с соответствующей насадкой удалите пыль и пух, приставшие к двигателю. Чистка электродвигателя совсем не косметическая операция — она уменьшает риск накопления электропроводной угольной пыли, которая может способствовать утечке тока на землю. Это может заставить сработать защиту или в конечном итоге сжечь предохранитель.

Более подробно замену щеток можно посмотреть на видеороликах:

Удачи в ремонте!

Всего хорошего, пишите to Elremont © 2008

Инструмент. В нём мелочей не бывает. Производители стремятся удешевить и упростить конструкции до предела. Используется всё больше синтетических материалов, заменителей, аналогов и пр. Но есть в электроинструменте деталь незаменимая — щетки. О них и будет разговор.

Казалось бы — что в них такого? Кусочек угольной или графитной субстанции. Но не так всё просто, как кажется на первый взгляд. Давайте начнем с самого начала — зачем они вообще нужны — щётки в электроинструменте?

Щётки — это по сути своей — токоподвод. Снимает напряжение со статора и передает его на коллектор якоря/ротора. Через щётки проходит электрический ток. Плюс к этому щетки испытывают механические нагрузки во время вращения якоря. К ним существуют и определенные требования, несоблюдение которых может привести к весьма печальным последствиям. Для того, чтобы яснее представить себе эти возможные последствия, а так же в целом разобраться с тонкостями щеточного узла, рассмотрим характеристики щеток и собственно коллекторной меди.

Щетки формируются в основном из графита или угля с добавлением разнообразных примесей. Вот основные виды щеток:

1. Угольные.

2. Графитные.

3. Угольно-графитные.

3. Омедненные.

4. Медно-графитовые.

5. Медно-угольные.

Щетки бывают жесткие и мягкие. Это важно, так как медь коллектора якоря так же бывает мягкой и твердой. Если на «мягкий» коллектор установить «жесткие» щетки — произойдет достаточно быстрый износ коллектора, что приведет к дорогостоящему ремонту — замене якоря. Если поставить «мягкие» щетки на «жесткий» коллектор — щетки очень скоро выйдут из строя — медь коллектора их попросту «съест»

Так же щетки имеют так называемое «активное» сопротивление. Это учитывается при расчете характеристик обмотки двигателя и номиналов пускорегулирующих устройств(ус-ва плавного пуска, ус-ва регулировки оборотов и т.п.)

Щеточный узел — тоже дело непростое. Он состоит из направляющего профиля, прижимного устройства и контактной группы. Есть и бесконтактные щёткодержатели, но они применяются в основном для инструмента невысокого класса и достаточно редки. Важнейшим элементом является прижим щетки. Нажатие большее, чем необходимо — приводит к нагреву коллектора и щеточного узла, что влечет за собой выход якоря из строя. Недостаточный прижим — это повышенное искрение на коллекторе, и, как следствие, так же выход из строя якоря и щеточного узла, не говоря уже о том, что ослабленная пружина может соскочить и наделать дел внутри корпуса двигателя, перерубив, к примеру, обмотку статора или якоря — это может привести и к короткому замыканию в цепи и выходу из строя двигателя.

Профессиональный, промышленный и индустриальный электроинструмент комплектуется щётками с устройством автоматического отключения. Принцип действия этого устройства прост. В тело щетки монтируется пружина с керамическим непроводящим наконечником. При износе щетки до определенной предельной величины наконечник высвобождается и пружина выталкивает его на коллектор. Цепь размыкается, двигатель останавливается. Щетки без такого устройства опасны тем, что работают до «победного»(от слова «беда»)конца. При максимальном износе на коллектор может попасть и пружина щёткодержателя, и поводок щётки — это может привести к выходу якоря из строя. Чтобы избежать подобной неприятности, периодически проверяйте состояние щеток и щеточного узла. Предельным считается износ 2/3 от первоначального размера щеток. Так же существуют щётки с дополнительными контактами, которые необходимы для нормальной работы цепей электроинструмента. При наличии в инструменте таких щеток, следует учесть, что менять их можно ТОЛЬКО на аналогичные, иначе производитель не гарантирует нормальной работы инструмента.

Сейчас во многих магазинах строительной и инструментальной специализации можно встретить отделы, предлагающие щетки для различных видов электроинструмента. Но и здесь есть нюансы. Все мы знаем, что нашу с вами страну заполонило засилие «китайского» и иного контрафакта. До рынка щеток эта зараза докатилась тоже — поддельщики всегда стремятся на спросовые ниши рынка. Качество большинства имеющихся в розничной сети щеток оставляет желать лучшего. Неспециалисту практически невозможно определить подделку — слишком много нюансов. Вот и подумайте — стоит ли рисковать «жизнью» инструмента из-за такой «мелочи», как щетки? Есть два способа гарантированно избежать ошибки при выборе щеток — это их приобретение у авторизированные дилеров и установка щёток в специализированном сервисном центре, где помимо собственно замены щеток, мастер проверит общее состояние щёточного узла и самого электроинструмента.

Каталог щеток по видам и размерам:

Как работает коллекторный двигатель со щеточным механизмом в бытовой технике

Пылесос, кофемолка, дрель, перфоратор, триммер — далеко не полный перечень оборудования, в котором используется преобразование электрической энергии в механическую для работы бытовых устройств.

Они содержат сложные технические узлы, требуют умелого обращения, периодического осмотра, правильного обслуживания. При небрежной работе возникают различные поломки.

Материал статьи представляет советы домашнему мастеру, работающему с электрическими инструментами или планирующему самостоятельный ремонт электродвигателя с щеточным механизмом и коллектором. Текст наглядно дополняется схемами, картинками и видеороликом.

Предоставленная информация собрана с целью привлечь внимание пользователей к правилам эксплуатации бытовых приборов с коллекторным двигателем. Она поможет осознанно фиксировать возникающие дефекты работающей схемы, оперативно устранять их.


Содержание статьи

Компоновка и принцип работы

Подвижная часть коллекторного двигателя, как и любого другого, механически сбалансирована и закреплена в подшипниках вращения, вмонтированных в неподвижную станину.

Коллекторный электродвигатель
Стационарный статор и вращающийся ротор имеют собственные обмотки из изолированного провода. По ним протекает электрический ток, создающий магнитные поля со своими полюсами: северным N и южным S.

При взаимодействии этих двух электромагнитных полей создается вращение ротора.

Поскольку к обеим обмоткам необходимо постоянно подводить напряжение, а ротор вращается, то для него смонтировано специальное устройство: коллектор с щеточным механизмом.

Электрическая схема

Для практических работ удобно пользоваться двумя видами ее представления:

  1. упрощенным;
  2. более подробным.

Упрощенное отображение

Способ позволяет очень просто представить подключение всех обмоток двигателя к схеме электрической сети.

Упрощенная электрическая схема болгарки
Выключатель разрывает оба потенциала фазы и нуля или один из них. Через щетки с коллектором создается цепь тока по обмоткам ротора.

Принципиальная схема

В зависимости от конструктивных особенностей обмотки статора и ротора могут иметь дополнительные отводы для питания различных устройств управления и автоматики коллекторного двигателя или обходиться без них.

Принцип подключения электродвигателя болгарки
Термозащита исключает перегревание изоляции обмоток двигателя. Она снимает напряжение питания при срабатывании датчика, останавливая вращение ротора и исполнительного механизма.

Тахогенератор позволяет судить о скорости вращения ротора. У отдельных двигателей его заменяют датчиком Холла. Для передачи сигналов к этим устройствам тоже используются контакты коллекторных пластин.


Проблемные места конструкции

Чаще всего неисправности могут возникнуть в:

  • подшипниках:
  • щеточном коллекторном узле;
  • слое изоляции обмоток и проводов.

Подшипники

Их расположение выполняется по краям ротора с таким условием, чтобы максимально передавать осевую нагрузку крутящего момента.

У обычного бытового инструмента они могут повреждаться по двум основным причинам:

  1. от неправильного приложения нагрузки:
  2. в результате загрязнения.

Подшипники коллекторного двигателя

Направления приложенных усилий

Подшипники бытового электроинструмента, как правило, не предназначены для восприятия боковых нагрузок. От частого их приложения, например, когда при работе дрелью нагружают не конец сверла, а прорезают щелевые отверстия его боком, на подшипниковый механизм передаются биения вала, создающие дополнительные люфты шариков в обоймах.

Работа в загрязненной среде

Коллекторный двигатель имеет воздушную систему охлаждения. Крыльчатка, надетая на ротор, забирает воздух через специальные щели в кожухе двигателя и прогоняет его по всему корпусу для отвода излишнего тепла от нагревающихся обмоток. Теплые потоки выбрасываются через специальные отверстия.

Если в помещении создана пыльная среда, то она будет засасываться внутрь корпуса и проникнет на подшипники и коллекторно-щеточный механизм. Возникнет абразивное воздействие на соприкасающихся при вращении частях, их преждевременный износ, а также нарушение электрической проводимости на контактах щеток.

Использование коллекторного двигателя не по назначению, например, сбор потока строительной пыли бытовым пылесосом вместо строительного, наиболее частая причина его поломки.

Отчего искрят щетки

Конструктивные особенности

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

Осмотр щеток и коллектора ротора двигателя
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. Примером служит приведенная на сайте электрическая схема микроволновой печи с выделенным фрагментом зеленого цвета.

Принципиальная электрическая схема микроволновой печи

Износ материала щеток

Прижимаемая к коллекторной пластине токоведущая часть выполнена из угля. Ее объём изнашивается, а длина уменьшается. При этом ослабляется усилие нажима, создаваемое расправляемой пружиной.

Щетки коллекторного двигателя
Этот процесс может учитывается или не приниматься во внимание в разных конструкциях коллекторных двигателей.

Раритетные образцы

На старом двигателе выпуска 1960 года, приведенном в качестве примера, сжатие пружины осуществляется усилием завинчивания диэлектрической крышки.

Раритетный коллекторный двигатель
Процесс установки щетки показан ниже.

Установка щетки

Двигатель пылесоса

Описанная в статье об изготовлении самодельного триммера конструкция щеточного механизма имеет винт фиксации корпуса щетки.

Щеточный механизм самодельного триммера
Его установка показана на очередной фотографии. Обратите внимание, что сама щетка неоднократно стачивалась в процессе длительной работы и заменялась выточенным из угольного электрода батарейки по форме предыдущей.

Последовательность установки самодельной щетки

При самостоятельном изготовлении щеток обращайте внимание на плотность ее входа в гнездо и перпендикулярное положение к оси вала. Если она будет меньшего размера, то при работе возникнет перекос. Он приведет к излишнему искрению и снижению ресурса двигателя.

Поэтому желательно использовать заводские щетки от производителя.
Существуют и другие технические решения этого вопроса.

Как 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.

Загрязненный коллектор

Образование излишнего слоя угольной пыли с хорошими токопроводящими свойствами на пластинах может стать причиной их замыкания. Необходимо ее удалять не только с внешней поверхности, но и из промежутков между ними.

Загрязненный коллектор
Графитовую пыль можно стереть слегка смоченной в спирте или бензине мягкой ветошью или убрать тонкой деревянной палочкой.

Когда коллекторные пластины потеряли первоначальную форму и стали с выемками, то их восстанавливают наждачной шкуркой с самым мелким зерном на токарных станках. Это сложная операция, требующая специального оборудования, но она способна продлить ресурс коллекторного двигателя.

Межвитковые замыкания в обмотках

Их образование на статоре или роторе резко снижает индуктивное сопротивление, ведет к появлению дополнительных искр между различными секциями коллектора и щеток. Возникает дополнительный перегрев.

Обмотка ротора

Поврежденную секцию в отдельных случаях можно наблюдать визуально по изменению цвета. Для выполнения электрических замеров потребуется точный омметр. Технологию проверки демонстрирует видео владельца altevaa TV “Проверка якоря коллекторного двигателя”.

Ремонт поврежденной обмотки ротора — операция сложная. Иногда проще купить новый.

Обмотка статора

Неисправность можно выявить замером активной составляющей электрического сопротивления по мостовой схеме у каждой полуобмотки. Но это тоже довольно сложно.

Пробой диэлектрического слоя изоляции

Кратко коснемся причин образования дефектов и защитных устройств, которыми необходимо пользоваться.

Как возникают неисправности

Медные провода жил всех обмоток покрыты слоем лака, который может повреждаться от:

  • неосторожно приложенных механических нагрузок;
  • при повышенной температуре.

От этих же факторов возникают дефекты изоляции питающих проводов с полихлорвиниловым покрытием.

В результате этих воздействий появляются следующие неисправности электрической схемы:

  • межвитковое замыкание, создающее дополнительный путь для протекания тока утечек, который значительно снижает рабочие характеристики двигателя;
  • короткое замыкание, способное выжечь провода.
Защитные устройства
Термореле

Встроенная во многие коллекторные двигатели функция защиты от перегрева работает автоматически. Когда оборудование отключается от его частой работы, то необходимо искать причину завышения температуры. К сожалению, часть пользователей старается заблокировать термореле. Это приводит к поломке с трудно восстанавливаемым ремонтом.

Автоматический выключатель

Ликвидация короткого замыкания и перегруза внутри электрической схемы двигателя возложена на бытовой автомат, питающий силовую розетку. Он устанавливается в квартирном щитке и по своим техническим характеристикам должен соответствовать рабочему и аварийному режиму коллекторного двигателя.

Автоматический выключатель

Без защиты налаженным автоматическим выключателем пользоваться инструментом с коллекторным двигателем опасно для жизни.

УЗО

Устройство защитного отключения предназначено для защиты работающего персонала от воздействия токов утечек, проникающих на открытые металлические или случайно контактирующие токопроводящие части корпуса.

Принцип работы УЗО

УЗО предотвращает стекание потенциала фазы через тело человека на землю. Оно тоже устанавливается в квартирном щитке.

Для закрепления материала рекомендуем посмотреть ролик владельца slavnatik “Почему искрит болгарка”.

Напоминаем, что сейчас вам удобно задать вопросы в комментариях и поделиться статьей с друзьями в соц сетях.

Полезные товары

Для чего нужны щетки в электродвигателе

В строительстве электроинструмент является незаменимым помощником. Используется он при сверлении отверстий, вбивании гвоздей и др. Все электроинструменты оборудованы специальными щётками, назначение которых заключается в передачи электрического тока. Снимая напряжение со статора, щётки подают его на коллектор ротора/якоря, что требуется для создания вращения. Таким образом, щётки применяются в качестве токоподвода и при этом обладают необходимыми свойствами для выдерживания механических нагрузок в ходе вращения якоря.

Изготавливаются, как правило, из угля или графита. В основной материал могут быть добавлены различные примеси, для соответствия продукции определённым стандартам. Например, есть угольные щетки, выполненные из материалов, снижающих искрообразование во время работы. Но, в основном, главная цель изготовителей – увеличение срока эксплуатации. Для большей продолжительности работы щёток, не следует давать слишком высокие нагрузки на электроинструмент. К разновидностям деталей относятся:

  • Угольные щетки;
  • Омедненные;
  • Угольно-графитные;
  • Медно-угольные;
  • Графитные;
  • Медно-графитные.

Широкий выбор щёток для электроинструмента не гарантирует их высокое качество. Неспециалисту трудно выявить подделку из-за множества различных нюансов. Поэтому такие детали лучше приобретать у авторизированных дилеров и менять их в соответствующих сервисных центрах. Это будет гарантией качественной установки с проверкой общего состояния инструмента и его щёточного узла.

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.

Замена щёток

Для правильной работы инструмента важна точная настройка щёточного узла, включающего прижимное устройство, контактную группу и направляющий профиль. Для электроинструментов невысокого класса иногда используют бесконтактные щёткодержатели. При неправильной регулировке прижима щётки, коллектор, а также щёточный узел могут перегреться, приводя к неисправности якоря.

Изготовленные заводом-производителем, данные детали часто характеризуются небольшим сроком службы. В этой связи многие профессиональные инструменты оборудованы клапаном доступа. Эта технология позволяет менять детали без особого труда. Однако подходят такие графитовые щётки только моделям, которым они были предназначены. В случае экстренного ремонта, некоторые мастера извлекают данные детали из рабочего устройства и переставляют его на нерабочее, подгоняя размеры с помощью напильника. Этот способ для широкого использования не подходит и вряд ли даст хороший результат при эксплуатации изделия. Главный признак того, что ресурс данных деталей подходит к концу – яркое свечение через корпус. Механизм шлифмашины охлаждается, пропуская сквозь себя воздух вместе с частицами абразива, что постепенно разрушает материал щёток.

Для замены потребуется выполнить следующие действия:

  1. Открутив крышку отсека, извлеките всё, что осталось от данных деталей. Якорь и остальные части электроинструмента, скорее всего, разбирать не потребуется. Закрепляются угольные щетки в подпружиненных щёткодержателях или в латунных стаканах. Чтобы пружины в ходе ремонта не упёрлись в стенки коллектора, предусмотрены специальные штырьки для парковки.
  2. Снимите щётки вместе с держателем. Процесс деформации может отражаться неравномерно: выработка зависит от положения деталей по отношению к струе воздушно-абразивной смеси.
  3. С помощью штангенциркуля замерьте извлечённые детали и сравните их размер с новыми запчастями. При необходимости, более крупные щётки можно доработать наждачкой (зернистость 150), а также плоским надфилем.
  4. Сравните положение вывода контактных проводов. Если запчасти не подходят, может потребоваться дополнительное вырезание канавки для проводков.
  5. Установите запасную деталь и присоедините провода к соответствующим клеммам. При необходимости можно использовать старые провода, припаяв их к новым изделиям.

После установки проверьте работу инструмента: новые детали не должны искрить, и рабочий звук должен быть ровным, без резких перепадов.

Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

Типы коллекторных электродвигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора . КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

    Преимущества:
  • лучшее соотношение цена/качество
  • высокий момент на низких оборотах
  • быстрый отклик на изменение напряжения
    Недостатки:
  • постоянные магниты со временем, а также под воздействием высоких температур теряют свои магнитные свойства

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

    По схеме подключения обмотки статора коллекторные электродвигатели с обмотками возбуждения разделяют на двигатели:
  • независимого возбуждения
  • последовательного возбуждения
  • параллельного возбуждения
  • смешанного возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

    Преимущества:
  • практически постоянный момент на низких оборотах
  • хорошие регулировочные свойства
  • отсутствие потерь магнетизма со временем (так как нет постоянных магнитов)
    Недостатки:
  • дороже КДПТ ПМ
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа &lt Iном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф

Iа), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:

,

  • где M – момент электродвигателя, Н∙м,
  • сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
  • Ф – основной магнитный поток, Вб,
  • Ia – ток якоря, А.

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

    Преимущества:
  • высокий момент на низких оборотах
  • отсутствие потерь магнетизма со временем
    Недостатки:
  • низкий момент на высоких оборотах
  • дороже КДПТ ПМ
  • плохая управляемость скоростью из-за последовательного соединения обмоток якоря и индуктора
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

    Преимущества:
  • хорошие регулировочные свойства
  • высокий момент на низких оборотах
  • менее вероятен выход из под контроля
  • отсутствие потерь магнетизма со временем
    Недостатки:
  • дороже других коллекторных двигателей

Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

Основные параметры электродвигателя постоянного тока

Постоянная момента

Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

,

  • где Z — суммарное число проводников,
  • Ф – магнитный поток, Вб [1]

Замена щеток в электродвигателе требуется достаточно часто, поскольку их износ – одна из наиболее часто встречающихся неисправностей. При замене щеток для обеспечения правильной работы агрегата необходимо выполнить их притирку. Как притереть щетки электродвигателя и осуществить эту процедуру грамотно?

Процесс притирки щеток электродвигателя

Есть несколько способов притирки щеток. Выбирать, который из них использовать, следует исходя из типа двигателя и ваших предпочтений.

Первый способ.

Прежде всего, требуется грубая подгонка щеток по коллектору – ее проводят с помощью напильника и крупнозернистой бумаги. Затем:

  • Щетки устанавливаются на место, и под них подкладывается специальная шлифовальная стеклянная бумага (№ 00). Ее рабочая поверхность должна быть обращена к щеткам. Отрезок бумаги отмеряется таким образом, чтобы по длине он был равен приблизительно 1.5 длине окружности коллектора.
  • Якорь поворачивается вручную до того момента, когда бумага станет соприкасаться со всей поверхностью щеток и шлифовать ее.
  • Механизм очищается от угольной пыли и продувается сильной струей сжатого воздуха.
  • Двигатель включается с нагрузкой 25-30 % от номинальной для более тщательной пришлифовки щеток.

Так как наличие в двигателе пыли и продуктов износа щеток может привести к замыканию на массу кронштейна щеткодержателя, после выполнения притирки необходимо продуть сжатым воздухом генератор.

Второй способ.

Ваши действия должны выглядеть следующим образом:

  • На коллектор наматывается и тщательно закрепляется полоска стеклянной шкурки.
  • Крышка со вставленными в щеткодержатели щетками вращается вокруг неподвижного якоря вручную в том же направлении, в каком сам якорь вращается в собранном генераторе.

Третий способ.

Стеклянная бумага кладется на коллектор (абразивной стороной вверх) и несколько раз протягивается вперед и назад. Одновременно осуществляется не слишком сильный нажим на щетки. Процесс прекращается после того, как щетки начнут равномерно прилегать к коллектору. Ширина полоски бумаги должна быть больше ширины щетки.

Применение карборундового или наждачного полотна для выполнения притирки недопустимо, поскольку попадание абразивных частиц между пластинами коллектора может спровоцировать замыкание.

Когда требуется притирка щеток электродвигателя

Эту процедуру нужно проводить при:

  • Установке новых щеток взамен износившихся.
  • Их неравномерном износе по длине.
  • Неправильном скосе рабочей поверхности щеток при допустимой высоте.

Во избежание короткого замыкания и поломки двигателя следует регулярно проверять состояние щеткодержателей и щеток. Упругость пружин щеткодержателей проверяется с помощью рычажного или пружинного динамометра. Если показатель упругости меньше, чем указано в ТУ, щетки будут вибрировать, а коллектор быстрее изнашиваться.

Показатели правильного подбора и грамотной установки щеток – это:

  • Соответствие щеток марке двигателя.
  • Их свободное вращение на оси щеткодержателя.
  • Полное прилегание поверхности деталей к коллектору.

Признаки плохой притирки щеток

Плохую притирку щеток можно определить по следующим признакам:

  • искрение;
  • сильный шум;
  • нарушение коммутации механизма;
  • вибрация.

Правильная притирка щеток обеспечивает равномерность распределения тока по рабочей поверхности, что приводит к улучшению рабочих показателей электродвигателя.

Освоив процесс притирки щеток, вы сможете самостоятельно устранять мелкие неполадки в агрегате и проводить его профилактику, не прибегая к помощи специалистов.

Маркировка щеток для электродвигателей и основные виды электрощеток

Сложно представить жизнь современного человека без применения электрических машин. Они прочно вошли в нашу жизнь, это устройства, помогающие в хозяйстве и на кухне — комбайны, мясорубки и прочее, а в мастерских применяются шуруповерты, дрели и другой электроинструмент. В бытовых и промышленных приборах часто применяется коллекторный электродвигатель. При его работе происходит износ щеточно-коллекторного узла. Для ремонта этого узла нужно разбираться в маркировке щеток электродвигателей, о чем мы и расскажем в этой статье.

Назначение щеточного узла

Щеточно-коллекторный узел предназначен для передачи электроэнергии к обмоткам вращающегося якоря. В нём в качестве подвижного скользящего контакта выступают щетки, которые изнашиваются из-за большого трения и высоких оборотов электродвигателя. Поэтому к материалу, из которого они изготовлены, предъявляются особые требования. Он подбирается таким образом, чтобы не было перегрева в месте контакта.

Щеточный узел коллекторного двигателя

Электрощетки используются не только на коллекторных двигателях, но и на синхронных машинах и асинхронных двигателях с фазным ротором, где вместо коллектора установлены медные кольца.

Они должны обеспечивать:

  • Надежное соединение с ламелями коллектора или кольцами, при этом искрение и риск замыкания обмоток должен быть минимальным.
  • Наименьшее сопротивление в месте контакта скользящего типа.
  • Устойчивость к трению. Износоустойчивость материала должно обеспечивать работоспособность продолжительное время.

Классификация и маркировка

Промышленность выпускает разные виды электрощеток. Они подразделяются по условиям эксплуатации:

  • Угольно-графитовые, имеют небольшую прочность, применяются в устройствах с небольшой механической нагрузкой. Применяется маркировка Г21, Г22.
  • Графитовые. Изготавливаются из графита с наполнителем из сажи или других веществ. Обеспечивают коммутацию небольших токов в генераторах и двигателях. Используется маркировка Г20, ЭГ61А. Корейская компания освоила и запатентовала графитовые щетки, имеющие обозначение KPNG, которые имеют повышенный срок службы, что повышает надежность аппаратуры и увеличивает межремонтный срок.
  • Электрографитовые – имеют повышенную механическую прочность. При изготовлении материал насыщается углеродом. Обеспечивают коммутацию токов большой величины. Производятся марки ЭГ, ЭГ74, ЭГ2А, ЭГ14, ЭГ841 и т.п.
  • Меднографитовые (металло-графитовые). В состав щеток включен наполнитель из меди, серебра, олова и графитового порошка. Имеют большую прочность, стойкие к загазованным и жидким средам. Применяются для коммутации в условиях средней и высокой сложности. Используется маркировка МГ, МГС, МГС, МГС20, МГС51, МГСО, МГСО1М, М1А, М1.

Щетки графитовые

Электрографитовая щеткаМеднографитовые щетки

Угольно-графитовые

По каким критериям выбирают щетки

На основании действующего ГОСТ 12232-89, согласно которому промышленность выпускает щетки, устанавливаемые в электродвигатель, можно подобрать необходимое изделие.

Чтобы правильно их выбрать необходимо знать параметры:

  • Материал, из которого изготовлен контакт (марка щетки).
  • Размеры: глубина, ширина, длина. Причем длина может иметь незначительные отличия в сторону увеличения или уменьшения.
  • Исполнение детали (конфигурация или тип). Определяют исполнение – с проводником или нет, где должен быть прикреплен, из какого материала изготовлен и какой должен быть наконечник для подсоединения (кольцо или «вилка» и пр.).

Эти сведения представлены в соответствующих справочниках по двигателям или маркировке их комплектующих. Ниже, как образец представлена только небольшая часть таблицы. Согласно этой информации производится подбор графитовых щеток по размерам и выводящими проводниками.

Таблица видов щеток по расположению выводов

Расшифровка маркировки

Отечественная маркировка щеток для электродвигателей включает в себя полную информацию об изделии, например:

ЭГ-14 20*32*40 К1-3

Расшифровка маркировки  щетки будет выглядеть следующим образом:

  • ЭГ-14 — материал, из которого изготовлена щетка;
  • 20*32*40 — размеры;
  • К1-3 — конфигурация (определяется по таблице).

При этом в справочниках имеется дополнительная информация, где указываются параметры для каждого вида щеток.

Таблица щеток марки ЭГ

Согласно информации по назначению и размерам в справочниках, можно подобрать щетки для электроинструмента, в котором применен коллекторный двигатель. При этом следует учитывать, что маркировка у них различная.

Для перфоратора, дрели, миксера и болгарки могут быть как одинаковые, так и разные марки щеток, так как у этих приборов разная нагрузка и обороты. Это необходимо учитывать при замене, а не выбирать только по габаритам.

Если двигатель имеет особенности в конструкции, можно при заказе задать требуемые параметры:

  1. Количество токоподводящих проводников, а также их длину и сечение.
  2. Конфигурацию контакта подключения и накладки.

Зачастую фирмы производители электроинструмента предоставляют таблицу марок или каталожных номеров, в которой отображают информацию, для какого прибора какая щетка подходит. Ниже приведена таблица соответствия для электроинструмента фирмы «Макита», где указывается тип инструмента и маркировка установленных щеток.

Таблица щеток электродвигателей MakitaСледующие две таблицы помогут подобрать комплектующие на двигатели электроинструмента фирмы Bosch. В верхней графе указаны типы щеток с маркировкой по номерам (#1, #2, #3 … #15) и их каталожные номера, вертикальными столбцами указываются модели электроинструмента и также их номера.

Таблица щеток Bosch часть 1Таблица щеток Bosch часть 2

При подборе необходимо иметь представление, в чем состоит отличие угольных от графитовых и других типов электрощеток. Неправильно выбранные комплектующие может привести к выходу из строя коллектора, и электродвигатель быстро придет в негодность или просто вновь установленные детали быстро сотрутся.

Теперь вы знаете, какая существует маркировка щеток двигателей и как выбрать подходящие электрощетки по нужный инструмент. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы по теме:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *