Børster og børsteholdere til elektriske jævnstrømsmaskiner: formål, materiale, typer og anordning

I elektriske motorer og generatorer er det ofte nødvendigt at etablere en elektrisk forbindelse mellem de stationære og roterende dele af enheden.

I tilfælde af en stator (dvs. stationær) hovedvikling af en elektrisk maskine, er det let at arrangere grene fra den for at forbinde et eksternt stationært elektrisk system, men i tilfælde af en rotor (dvs. roterende) hovedvikling, bliver det nødvendigt at arrangere en elektrisk glidende kontakt, da rotorviklingen ellers ikke er tilgængelig.

Den elektriske glidekontakt kan implementeres på to måder: enten som ringglidekontakt eller som kollektorglidekontakt. I begge tilfælde kræver driften af ​​en elektrisk maskine specielle enheder - børster.

I de første elektriske maskiner var børsterne en pakke sammensat af kobberplader eller tynde tråde, hvorfra de fik deres navn.

Børsterne i moderne maskiner er kuber presset af kul-, grafit- eller kobberpulver og lever derfor ikke op til deres navn, som dog forblev bag dem.

Kobber-, jern- og bronzebørster, som klarede arbejdet meget godt i de første DC-maskiner i slutningen af ​​1800-tallet, viste sig at være ikke særlig gode materialer med hensyn til friktion. De slides hurtigt og i nye maskindesigns erstattes de af kul og grafit.

I øjeblikket til DC-maskiner brugt næsten udelukkende kulbørster med en blanding af grafit, der bærer, afhængigt af procentdelen af ​​grafit og den måde, børsterne er fremstillet på, navnene på carbon-grafit, grafit eller elektrograf. Kun til lavspændingsmaskiner, op til 30 V, anvendes metal-kul børster, som giver et lavere spændingsfald i kontakt (overgangs) laget på samleren.

Kulbørster er lavet af ren grafit, retortkul og kønrøg i forskellige proportioner. Kul er et selvsmørende materiale, der ikke beskadiger overfladen, det gnider på, og som ikke slides hurtigt.

Grafit børster er lavet af ren naturlig grafit. Grafitten knuses til et fint pulver, som derefter presses under meget højt tryk til stænger af den ønskede størrelse. Kul og grafit er fremragende ledere af elektricitet.

Elektrografit børster De er hovedsagelig kulbørster, men udsat for høje temperaturer i en elektrisk ovn og dermed omdannet til grafit. Disse børster har meget gode slibeegenskaber.

Kulbørster lavet af kul og kobber knust til et fint pulver, nogle gange med tilsætning af et andet knust metal (oftest tin).

Fremstillingen af ​​disse børster foregår på en sådan måde, at børsten har den bedst mulige ledningsevne i den aksiale retning, hvori maskinens arbejdsstrøm passerer, og dårlig ledningsevne (høj elektrisk modstand) i tværretningen, hvori de ekstra strømme i de inkluderede sektioner lukkes under kommutering.

Elektriske maskinbørster er standardiserede. De er karakteriseret ved hårdhed, forbigående spændingsfald i kontakten og tilladt strømtæthed.

Denne energitransmissionsteknologi, som er mere end hundrede år gammel, er stadig meget udbredt i dag. Kulbørster kan stadig findes i mange elmotorer. Startende med små motorer i legetøj, elektriske køkkenmaskiner, elektriske vinduer, barbermaskiner, vaskemaskiner, hårtørrere, støvsugere eller elværktøj (elektriske boremaskiner, vinkelslibere, overfræsere, rundsave osv.).

Børster bruges også i store jævnstrømsmaskiner i elektriske lokomotiver, ubåde og kraftværksgeneratorer samt i vindmøller. Derfor er de geometriske og elektriske egenskaber af kulbørster forskellige.

Antallet af zoner (der danner den cylindriske overflade af opsamleren) af samlingen af ​​børster på opsamleren er normalt lig med antallet af poler på maskinen. Antallet af børster i hver zone afhænger af værdien af ​​strømmen og strømtætheden under børsten tilladt for en given type børste, men mindre end to børster pr. zone kan kun findes i meget små maskiner, da der med en børste pr. zone er det vanskeligt at sikre pålideligheden af ​​børstekontakten.

Børster, der forbliver i samme zone, kaldes et zonebørstesæt, og sættet af alle zonesæt på en given maskine kaldes et komplet børstesæt.

Endefladen af ​​børsterne på den side, der er modsat kontakt med opsamleren, er sædvanligvis kobberbelagt, nogle gange fortinnet. Ved en lille strøm, der trækkes af børsten, tilvejebringes tilstrækkeligt tilfredsstillende forhold for strømdræning af børstens kontaktflade med børsteholderen og trykfjederen.

De store børster er forsynet med hætter af kobberplade, tætsluttende derpå, og med ledninger fastgjort til dem, lavet af bløde fleksible kabler af passende sektioner, med spidser til fastgørelse under en skrue til en børsteholder eller til en del beregnet til dræning børstestrøm. Rebbørstehætten kaldes en børstearm.

Børsterne holdes i en fast position i forhold til opsamleren børsteholdere, hvis design er meget forskelligartet.

Hvis den elektriske maskine er designet til begge rotationsretninger, så bruges radiale børsteholdere, som sikrer børstens placering langs opsamlerens radius. På maskiner med én bestemt omdrejningsretning anvendes ofte børsteholdere med en vis hældning af børsten til radius.

Børsteholder til DC-maskiner med lav og medium effekt

Stor børsteholder til DC maskine

Enkeltzonebørsteholdere fastgøres til runde eller firkantede børstefingre eller til børsteklemmer… Børstefingre eller klemmer fra forskellige børsteområder er forstærket børstestøtter eller børstesvellerhvorfra de skal være pålideligt isoleret.

Til gengæld er de lige sveller fastgjort enten til lejerne eller til endeskjoldene eller til åget eller endelig uafhængigt til maskinens bundplade (for lange samlere).

Vigtige betingelser, som børstestøtten eller børstekrydshovedet skal opfylde, er det absolutte fravær af vibrationer, tilgængelighed til kontrol og justering af børsterne, nem afmontering af de enkelte børsteholdere for reparationer og muligheden for samtidig at dreje hele børstesystemet for præcis montering i korrekt kommuteringsposition samtidig med at fuld koncentricitet af børsteholdere og opsamler bevares.

Børster, børsteholdere, fingre (eller klemmer) og en travers (eller støtte) udgør den såkaldte strømaftager i en DC-maskine. Det inkluderer også forbindelser mellem zonebørstesæt med samme polaritet.

For at dræne strømmen er børstefingrene og klemmerne i zonerne med samme navn (det vil sige af samme polaritet, positiv eller negativ) elektrisk forbundet med hinanden med en isoleret ledning af den tilsvarende sektion.

På denne måde opnås to hele eller delvise samleringe, som derefter forbindes med fleksible kabler med passende tværsnit til maskinens eksterne terminaler. Sidstnævnte er fastgjort på et specielt spændebræt enten til åget eller til maskinens hovedplade. Klemmekortet, der er dækket af et beskyttelsesdæksel, danner en klemkasse.

Korrekt børstepåføring og -valg, kombineret med korrekt vedligeholdelse, resulterer i øget maskinydelse og reducerede nedetidsomkostninger.

Da friktionen forårsaget af rotation af apparatet forårsager slibende slid, skal børsterne udskiftes med jævne mellemrum.Af den grund, børsteløse motorer.