Угольная щетка является скользящим контактом, который используется для передачи электрического тока от неподвижной к вращающейся части двигателя или генератора, и если рассматривать машины постоянного тока, обеспечивает безыскровую коммутацию.

Угольная щетка может быть:
Сделана из одного или нескольких угольных блоков;
Оборудована одним или более кабелем / наконечником;

    Имеется пять основных групп щеточных материалов, которые используются для изготовления щетки. Каждая группа соответствует определенному требованию и имеет свой собственный производственный процесс (см. раздел Марки угольных щёток).

Рабочие характеристики

    Угольные щетки играют существенную роль в работе электрических машин. Для того, чтобы понять ее функцию, мы должны рассмотреть три типа параметров:
Механические;
Электрические;
Физико-химические (окружающая среда);

    Учитывая эти параметры, вместе с технической информацией, предоставленные Вашей командой, наши специалисты смогут выбрать наиболее подходящий класс угольной щетки для запрошенного Вами применения. Наши команды также проконсультируют Вас, как оптимизировать параметры электрической машины и улучшить техническое обслуживание. Эти совместные усилия между Вашей компанией и Mersen будет способствовать производительности и долговечности Вашего оборудования.

    Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к Технической спецификации AE-TDS / 01, «Функции хорошей угольной щетки, что вы должны знать»

Механические характеристики

Состояние поверхности контактного кольца и коллектора (шероховатость)

    Надлежащая шероховатость контактного кольца или коллектора дает щетке возможность правильно прилегать и обеспечивать хорошую передачу тока (Техническая спецификация AE1601). Поверхности контактного кольца и коллектора должны быть не слишком гладкими (глянец) и не слишком грубыми, для того, чтобы обеспечить оптимальную производительность угольной щетки. Высоко расположенная миканитовая межламельная изоляция (мика) часто создает серьезные проблемы для щеток. Поэтому коллекторы должны быть тщательно проверены (техническая спецификация AE1603):

Коэффициент трения
(обозначение « μ »)

    Коэффициент трения « μ » должен быть низким и стабильным все время и обеспечивать работу щетки без перегрева. « μ » нефиксированная величина. Это – результат многих факторов, зависящих от марки щетки, скорости, нагрузки, состояния коллектора (или контактного кольца) и внешней окружающей среды. Для конкретной марки угольных щеток невозможно указать точное значение «μ», можно указать только порядок, что вполне достаточно для большинства расчетов и проектирования машин.

« μ » формула расчета коэффициента трения Коэффициент трения «μ» это соотношение между Т (тангециальной силы трения) и N (сила нормальной реакции опоры )

Вибрация

Давление щетки на
контактное кольцо
или коллектор

    При любой заданной скорости вращения машины, давление пружины должно быть достаточным, чтобы обеспечить контакт между угольной щеткой и контактным кольцом/коллектором. (Техническая спецификация AE1627).

Mersen рекомендует:
	Для стационарных электрических машин: 180 - 250 гр/см²
	Для электрических машин, находящихся под влиянием сильной вибрации (например, тяговые двигатели): 350 - 500 гр/см²

    С целью обеспечения хорошего распределения тока, должно поддерживаться одинаковое давление пружин на машине для всех угольных щеток. Поэтому мы рекомендуем периодически измерять давление динамометром (см.раздел инструменты).

Щёткодержатели

    Угольные щетки должны соответствовать высоте щеткодержателя и быть подходящего размера, чтобы избежать их застревания или вибрации в щеткодержателе. Допуски и зазоры установлены Международным Электротехническим Комитетом (МЭК). (техническая спецификация AE1604)

Падение напряжения (или падение напряжения на контакте)

    Падение напряжения должно быть умеренным, чтобы избежать перегрева и больших электрических потерь, которые могут повредить скользящий контакт. Это также влияет на коммутацию и распределение тока между щеткам.
    Падение напряжения на контакте - важная характеристика, которая зависит от материала угольной щётки, электрического контакта и состояния политурной пленки (которая состоит из сложного сочетания оксидов металлов, углерода и воды, которые осаждаются на контактном кольце или коллекторе).

    Поэтому следует ожидать, что падение напряжения на контакте зависит от всех факторов, которые могут изменить политурную пленку:
Температура в помещении, давление и влажность;
Загрязнения окружающей среды;
Скорость вращение коллектора / контаткного кольца;
Усилие нажатия на электрическую щётку;
Ток, протекающий через щётку;

    Данные падения напряжения на контакте, указанные для каждой марки угольной щётки Mersen, являются типичными значениями, полученными в конкретных условиях эксплуатации. Они сгруппированы в пять категорий: от «крайне низкого» до «высокого» (см. раздел Марки угольных щёток)

Коммутация
(машины постоянного тока)

Что такое коммутация?

Коммутация - это процесс изменения направления тока в обмотке катушек якоря под щеткой коллекторного двигателя постоянного тока/переменного тока или генератора. Время коммутации - это время, необходимое для полного изменения направления тока.

Распределение тока по
контактной поверхности щетки

    Ток не течет равномерно по всей поверхности контакта щетки. Он протекает по различному количеству очень малых областей, которые называются контактными пятнами. В идеальном случае эти контактные пятна распределены равномерно.
    Этот баланс может быть нарушен, когда контактные пятна концентрируются и уменьшаются в количестве. Политурная пленка, ухудшаясь со временем, покажет нарушение баланса в виде наличия канавок, пятен на коллекторных пластинах, полос и следов электрической эрозии.

Этот дисбаланс может быть вызван различными факторами:
	Внешние реагенты (пыль, пары, повышенная влажность, температура);
	Неподходящая марка щетки для условий эксплуатации (политура слишком толстая, плотность тока слишком высокая или низкая, плохая вентиляция ...);
	Неравномерное усилие нажатия пружин, которое является причиной неравномерного токораспределения между электрощётками одного полюса, как для коллекторных машин, так и на контактных кольцах синхронных и асинхронных машин.

Плотность тока

Что такое плотность тока?

Это отношение тока к сечению щетки.
Обозначается Jb.

Примечание:обычно, при обсуждении плотности тока на электрощётках, плотность тока измеряется в A/cm².

    Плотность тока имеет большое влияние на все аспекты производительности щетки: износ, трение и температуру. Максимальные плотности тока для каждой марки даны для номинальной скорости. Они могут различаться, однако, зависят от характеристик машины и способа вентиляции. Пожалуйста, помните, что низкая плотность тока может быть более вредной для угольной щетки и коллектора / контактного кольца, чем высокая плотность тока (свяжитесь с нами для получения дополнительной информации).

Удельное сопротивление
материала

    Более высокое удельное сопротивление материалов повышает общую устойчивость в цепи коммутации, тем самым улучшая коммутацию. Это является ключевым параметром в выборе подходящей марки угольных щеток (пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации). Многоблочные щетки, особенно разрезные щётки, позволяют искусственно увеличивать поперечное сопротивление и могут улучшить коммутацию.

Примечание:
Значения удельного сопротивления для марок щеток, указанных в данном руководстве измеряются в радиальном направлении (пожалуйста, обратитесь к разделу "Основные формы электрощёток, размеры и компоненты").

Влажность

    Вода, которая содержится в окружающем воздухе, является важным компонентом политурной пленки коллекторов или контактных колец. Пленка будет образовываться лучше в диапазоне влажности от 8 до 15 гр/м3 воздуха (Техническая спецификация AE1639)
В сухом воздухе политура становится тоньше (или совсем исчезает), что увеличивает трение и износ щёток. Эти неблагоприятные условия становятся критическими, когда абсолютная влажность воздуха падает ниже порога 2 гр/м³.

Агрессивные пары и газы

    Агрессивные пары или газы влияют на состояние политурной пленки и, даже при небольших концентрациях, особенно во влажных условиях, могут уничтожить ее, повредить коммутатор (или кольца) и, следовательно, угольные щетки.

Щетки Mersen с пропиткой могут помочь уменьшить эти проблемы, создав защитную пленку на поверхности контакта.

Масла и углеводороды

Пыль

Чем более абразивна пыль, тем она более вредна. Причины образования пыли:

    Пылевые канавки позволяют частично избежать этих проблем, но лучшим средством является обеспечение подачи чистого, отфильтрованного воздуха к машинам. В полностью закрытых машинах, где угольная пыль постоянно рециркулирует, могут возникнуть те же проблемы, а также загрязнение машины и уменьшение сопротивления её изоляции. Эти машины должны регулярно очищаться.
Mersen может спроектировать и поставить модульную систему сбора пыли в месте ее образования для предотвращения рассеивания её по всей машине (см. вставку ниже).

    Для специалистов Mersen хорошо известно, как важно контролировать эти параметры процесса, и они могут предложить услуги по техническому обслуживанию, провести диагностику на месте и дать рекомендации по Вашим машинам. Смотрите раздел Сервис и обучение данного руководства.