Tasavirtasähkökoneiden harjat ja harjanpitimet: käyttötarkoitus, materiaali, tyypit ja laite

Sähkömoottoreissa ja generaattoreissa on usein tarpeen muodostaa sähköinen yhteys laitteen kiinteiden ja pyörivien osien välille.

Sähkökoneen staattorin (eli kiinteän) pääkäämin tapauksessa siitä on helppo järjestää haaroja ulkoisen kiinteän sähköjärjestelmän liittämiseksi, mutta roottorin (eli pyörivän) pääkäämin tapauksessa siitä tulee Liukuva sähkökosketin on tarpeen järjestää, koska muuten roottorin käämi ei ole käytettävissä.

Sähköinen liukukosketin voidaan toteuttaa kahdella tavalla: joko rengasliukukoskettimena tai kollektorin liukukoskettimena. Molemmissa tapauksissa sähkökoneen toiminta vaatii erityisiä laitteita - harjoja.

Ensimmäisissä sähkökoneissa harjat olivat kuparilevyistä tai ohuista langoista koottu paketti, josta ne saivat nimensä.

Nykyaikaisten koneiden harjat ovat kivihiilestä, grafiitista tai kuparijauheesta puristettuja kuutioita eivätkä siksi täytä nimeään, joka kuitenkin jäi niiden taakse.

Kupari-, rauta- ja pronssiharjat, jotka tekivät työnsä erittäin hyvin ensimmäisissä DC-koneissa 1800-luvun lopulla, osoittautuivat kitkaltaan huonoiksi materiaaleiksi. Ne kuluvat nopeasti ja uusissa konemalleissa ne korvataan hiilellä ja grafiitilla.

Tällä hetkellä DC-koneille käytetty lähes yksinomaan hiiliharjat, joissa on grafiittia, jossa grafiitin prosenttiosuudesta ja harjojen valmistustavasta riippuen hiiligrafiitin, grafiitin tai elektrografin nimet. Vain pienjännitekoneissa, enintään 30 V, käytetään metalli-hiiliharjoja, jotka antavat pienemmän jännitehäviön kosketus- (siirtymä)kerroksessa keräilijän päällä.

Hiiliharjat on valmistettu puhtaasta grafiitista, retorttihiilestä ja nokimustasta eri suhteissa. Kivihiili on itsevoiteleva materiaali, joka ei vahingoita pintaa, johon se hankaa, eikä kulu nopeasti.

Grafiittiharjat on valmistettu puhtaasta luonnongrafiitista. Grafiitti murskataan hienoksi jauheeksi, joka sitten puristetaan erittäin korkealla paineella halutun kokoisiksi sauvoiksi. Hiili ja grafiitti ovat erinomaisia ​​sähkönjohtajia.

Elektrografiittiharjat Ne ovat pohjimmiltaan hiiliharjoja, mutta ne altistetaan korkeille lämpötiloille sähköuunissa ja muuttuvat siten grafiitiksi. Näillä harjoilla on erittäin hyvät hiontaominaisuudet.

Hiiliharjat valmistettu hiilestä ja kuparista, joka on murskattu hienoksi jauheeksi, joskus lisäämällä toista murskattua metallia (useimmiten tinaa).

Näiden harjojen valmistus tapahtuu siten, että harjalla on paras mahdollinen johtavuus aksiaalisuunnassa, jossa koneen työvirta kulkee, ja huono johtavuus (suuri sähkövastus) poikittaissuunnassa, jossa mukana olevien osien lisävirrat suljetaan kommutoinnin aikana.

Sähkökoneiden harjat ovat standardoituja. Niille on ominaista kovuus, ohimenevä jännitehäviö kosketuksissa ja sallittu virrantiheys.

Tämä yli sata vuotta vanha energiansiirtotekniikka on edelleen laajalti käytössä. Hiiliharjoja löytyy edelleen monista sähkömoottoreista. Alkaen lelujen pienistä moottoreista, sähköisistä keittiökoneista, sähköikkunoista, parranajokoneista, pesukoneista, hiustenkuivaajasta, pölynimurista tai sähkötyökaluista (sähköporat, kulmahiomakoneet, reitittimet, pyörösahat jne.),

Harjoja käytetään myös suurissa tasavirtakoneissa sähkövetureissa, sukellusveneissä ja voimalaitosgeneraattoreissa sekä tuulivoimaloissa. Näin ollen hiiliharjojen geometriset ja sähköiset ominaisuudet ovat erilaisia.

Keräimessä olevien harjojen kokoonpanon vyöhykkeiden (joiden muodostavat keräimen sylinterimäisen pinnan) lukumäärä on yleensä yhtä suuri kuin koneen napojen lukumäärä. Harjojen määrä kullakin vyöhykkeellä riippuu virran arvosta ja harjan alla olevasta virrantiheydestä, joka sallitaan tietylle harjatyypille, mutta vähemmän kuin kaksi harjaa vyöhykettä kohden löytyy vain hyvin pienissä koneissa, koska yhdellä harjalla per vyöhykkeellä on vaikea varmistaa harjakontaktin luotettavuutta.

Samalla vyöhykkeellä olevia harjoja kutsutaan vyöhykeharjasarjaksi, ja tietyn koneen kaikkien vyöhykesarjojen joukkoa kutsutaan täydelliseksi harjasarjaksi.

Harjojen päätypinta keruua vastakkaisella puolella on yleensä kuparipinnoitettu, joskus tinattu. Pienellä harjan ottamisella virralla riittävän tyydyttävät olosuhteet virranpoistolle aikaansaa harjan kosketuspinnan harjanpitimen ja puristusjousen kanssa.

Isot harjat on varustettu kuparilevystä valmistetuilla, tiukasti kiinnitetyillä korkilla ja niihin kiinnitetyillä langoilla, jotka on tehty sopivien osien pehmeistä joustavista kaapeleista, joissa on kärjet kiinnitettäväksi ruuvin alle harjanpitimeen tai tyhjennykseen tarkoitettuun osaan. harjavirta. Köysiharjan korkkia kutsutaan harjavarreksi.

Harjat pidetään kiinteässä asennossa suhteessa keräilijään harjan pidikkeet, jonka muotoilu on hyvin monipuolinen.

Jos sähkökone on suunniteltu molempiin pyörimissuuntiin, käytetään säteittäisiä harjanpitimiä, jotka varmistavat harjan sijainnin keräimen säteellä. Koneissa, joissa on yksi tietty pyörimissuunta, käytetään usein harjanpitimiä siten, että harja on kallistettu jonkin verran säteeseen.

Harjateline pieni- ja keskitehoisille tasavirtakoneille

Suuri harjanpidin DC-koneelle

Yksivyöhykeharjan pidikkeet kiinnitetään pyöreisiin tai neliömäisiin harjasormiin tai niihin harjan puristimet… Harjan sormet tai puristimet eri harja-alueilta on vahvistettu harjatuet tai harjapölkkyjäjosta ne on eristettävä luotettavasti.

Tasaiset ratapölkyt puolestaan ​​kiinnitetään joko laakereihin tai päätykilpiin tai ikeeseen tai lopuksi itsenäisesti koneen pohjalevyyn (pitkille keräilijöille).

Tärkeitä ehtoja, jotka harjan tuen tai harjan ristipään on täytettävä, ovat ehdoton tärinän puuttuminen, harjojen tarkastus- ja säätömahdollisuus, yksittäisten harjanpitimien helppo irrottaminen korjausta varten ja kyky samanaikaisesti pyörittää koko harjajärjestelmää tarkkaa asennusta varten oikea kommutointiasento säilyttäen samalla harjanpitimien ja keräimen täyden samankeskisyyden.

Harjat, harjan pidikkeet, sormet (tai puristimet) ja poikittaissuunta (tai tuki) muodostavat DC-koneen ns. virrankeräimen. Se sisältää myös liitännät saman napaisuuden omaavien vyöhykeharjasarjojen välillä.

Virran tyhjentämiseksi saman nimisten vyöhykkeiden (eli saman polariteetin, positiivisen tai negatiivisen) harjan sormet ja puristimet on kytketty sähköisesti toisiinsa vastaavan osan eristetyllä johdolla.

Tällä tavalla saadaan kaksi täydellistä tai osittaista keräysrengasta, jotka sitten liitetään sopivan poikkileikkauksen omaavilla taipuisilla kaapeleilla koneen ulkoisiin liittimiin. Jälkimmäiset kiinnitetään erityiseen kiinnityslevyyn joko ikeeseen tai koneen päälevyyn. Suojakuorella peitetty liitäntäkortti muodostaa liitäntärasian.

Oikea siveltimen levitys ja valinta yhdistettynä asianmukaiseen kunnossapitoon lisää koneen suorituskykyä ja pienentää seisokkikustannuksia.

Koska laitteen pyörittämisestä aiheutuva kitka aiheuttaa hankaavaa kulumista, harjat on vaihdettava säännöllisesti.Siitä syystä, harjattomat moottorit.