Mitä hiiliharjat tekevät?

Hiiliharjan ydintoiminto

A hiiliharja kuljettaa sähkövirtaa sähkötyökalun sisällä olevista kiinteistä johdoista pyörivään kommutaattoriin tai liukurenkaaseen, joka on asennettu moottorin akseliin, ja se tekee tämän akselin pyöriessä nopeudella. Ilman tätä liukukosketinta virta ei päässyt pyöriviin ankkurin käämiin, joten moottori ei yksinkertaisesti toimisi. Harjaa painetaan kommutaattoria vasten pienellä jousella, ja kun akseli pyörii, harjan pinta liukuu sarjan kuparisegmenttien poikki, joista jokainen koskettaa hetken ja sitten vapautuu, kun seuraava segmentti tulee paikalleen. Tämä jatkuva kytkentä mahdollistaa moottorin sisällä olevan magneettikentän kääntymisen oikeilla hetkillä, mikä on perusperiaate, joka pitää tasavirtamoottori pyörii yhteen suuntaan sen sijaan, että lukittuisi.

Kuinka liukuva kosketin pitää piirin suljettuna

Yleismoottorin sisällä kommutaattori on jaettu useisiin eristettyihin kuparisegmentteihin, ja jokainen segmentti kytkeytyy eri käämien joukkoon ankkurissa. Kun harja liukuu segmentistä toiseen, se siltaa hetkellisesti kaksi segmenttiä kerralla, jolloin pieni kipinä, joka tunnetaan kommutaatiokaarena, voi ilmaantua. Harjajousi käyttää tyypillisesti kosketusvoimaa alueella 150-300 grammaa , riittää pitämään tasaisen liitoksen ilman niin kovaa painamista, että kitka kuluttaa kommutaattorin pintaa epätasaisesti. Jos jousen voima laskee, koska jousi on heikentynyt tai harja on kulunut lyhyemmäksi kuin sen pidike sallii, kosketus katkeilee ja moottori voi käydä epätasaisesti tai menettää tehonsa kuormituksen alaisena.

Miksi monissa pienissä moottoreissa käytetään kahta harjaa

Monet käsikäyttöiset sähkötyökalut käyttävät kommutaattorissa toisiaan vastapäätä olevia harjoja, joista toinen kuljettaa virtaa sisään ja toinen takaisin ulos. Tämä järjestely tasapainottaa akseliin kohdistuvaa mekaanista painetta ja levittää kulumista siten, että yksittäinen kosketuspiste ei tee kaikkea työtä. Suurempaa virtaa käyttävissä työkaluissa, kuten kulmahiomakoneissa tai pyörösahoissa, harjoja tehdään usein leveämmiksi tai niille annetaan suurempi kosketuspinta, jotta lisäkuorma voidaan käsitellä ilman ylikuumenemista.

Materiaalit hiiliharjarakenteen takana

Hiiliharjoja ei ole valmistettu yhdestä yhtenäisestä aineesta; termi kattaa joukon hiilipohjaisia ​​koostumuksia, jotka on suunniteltu eri johtavuuden, kovuuden ja lämmönsietokyvyn yhdistelmille. Puhtaat grafiittiharjat ovat pehmeitä ja itsevoitelevia, mikä tekee niistä hellävaraisia ​​kommutaattorin pinnalle, mutta ne kuljettavat vähemmän virtaa kuin metallia sisältävät seokset. Elektrografiittiharjat valmistetaan kuumentamalla amorfista hiiltä korkeaan lämpötilaan, mikä muuttaa sen sisäistä rakennetta ja parantaa johtavuutta pitäen materiaalin suhteellisen pehmeänä. Kupari-grafiittiharjat sekoittavat jauhemaista kuparia hiilimatriisiin, muodostaen usein jotain siltä väliltä 40 ja 70 prosenttia ja tämä koostumus on yleinen työkaluissa, jotka ottavat huomattavaa virtaa, kuten tyhjiömoottorit ja kannettavat generaattorit, koska kuparipitoisuus alentaa sähkövastusta.

Miksi kitka ja kaaret kuluttavat harjaa vähitellen

Joka kerta kun harjan pinta liukuu kommutaattorin poikki, se kokee pienen määrän mekaanista kitkaa, ja joka kerta kun se ylittää kahden segmentin välisen raon, se kokee pienen sähkökipinän. Useiden käyttötuntien aikana nämä kaksi vaikutusta syövyttävät hiililohkon vähitellen lyhentäen sen pituutta millimetriltä. Harja, joka alkoi klo 12 millimetriä pituus saattaa kulua jonnekin lähelle 4 tai 5 millimetriä pitkäaikaisen käytön jälkeen usein käytetyssä työkalussa, jolloin jousi ei enää pysty ylläpitämään oikeaa painetta kommutaattoria vasten. Myös lämmöllä on osansa, koska jatkuva korkea virranotto nostaa lämpötilaa kosketuspisteessä, ja toistuvat lämmitys- ja jäähdytysjaksot voivat saada harjan materiaalin haurastumaan ja halkeilemaan sen sijaan, että se kuluisi tasaisesti.

Tunnistaa, milloin harja on vaihdettava

Kuluneella harjalla on taipumus ilmoittaa itsestään kourallisen havaittavien oireiden kautta sen sijaan, että se epäonnistuisi hiljaa. Näkyvä kipinöinti moottorin kotelon tuuletusaukkojen ympärillä, palaneen haju työkalun takakannen lähellä, moottori, joka menettää tehoa ajoittain kuormitettuna, ja epätavallinen määrä mustaa hiilipölyä, joka kerääntyy kotelon sisään, ovat yleisiä merkkejä siitä, että kosketuspinta on ohentunut työstettävän pisteen ohi. Monet valmistajat merkitsevät käyttökelpoisen vähimmäispituuden suoraan vaihtoharjaan tai ilmoittavat sen työkalun huoltodokumentaatiossa, usein jonnekin 6 millimetriä , jonka alapuolella jousen paine ja kosketuspinta-ala eivät enää riitä luotettavaan virransiirtoon. Harjan pituuden tarkistaminen rutiinihuollon aikana, erityisesti työpajaympäristössä päivittäin käytettävien työkalujen kohdalla, voi tarttua kulumiseen ennen kuin se saa moottorin pysähtymään kokonaan.

Korjausmatematiikka

Vaihtohiiliharjasarja maksaa yleensä pienen osan uudesta sähkötyökalusta, ja kuluneiden harjojen vaihtaminen eroaa usein työkalun käytöstä poistamisen ja useiden vuosien käytön välillä. Kun vaatimattomat osakustannukset pidentävät muutoin pois heitetyn moottorin käyttöikää, vältytään vaihtotyökalun valmistukseen liittyvältä valmistusenergialta, pakkaamiselta, kuljetukselta ja mahdolliselta hävitystaakalta suhteellisen pienellä kustannuksilla. Tämä on osa sitä, miksi harjan vaihto on edelleen vakiokorjaus, jota opetetaan monilla laite- ja työkaluhuoltokursseilla, eikä ammattiteknikoille varattu erikoistehtävä.

Arjen työkalut, jotka riippuvat hiiliharjoista

Hiiliharjoja esiintyy laajassa valikoimassa kotitalous- ja työpajavarusteita ilmeisen akkuporakoneen lisäksi. Kulmahiomakoneet, pyörösahat ja mäntäsahat ovat kaikki riippuvaisia ​​harjatuista yleismoottoreista, koska tämä moottorityyppi voi saavuttaa suuret pyörimisnopeudet, joita tarvitaan leikkaamiseen ja hiontaan, samalla kun se on kompakti ja edullinen valmistaa. Pölynimurit ja keittiöhanat käyttävät pienempiä versioita samasta tekniikasta, ja kannettavat generaattorit, jotkut kattotuulettimet ja vanhemmat pesukonemoottorit ovat myös riippuvaisia ​​harja-kommutaattorijärjestelystä, jotta virta pysyy pyörivässä ankkurissa. Autojen käynnistysmoottorit ovat toinen yleinen esimerkki, jossa harjat käsittelevät lyhyttä mutta voimakasta virtapiikkiä joka kerta, kun moottori kääntyy.

Yleisharjan yhdistäminen tiettyyn moottoriin

Universaalin vaihtoharjan oikea valinta on tärkeää sekä työkalun suorituskyvyn palauttamiseksi että ennenaikaisten vikojen välttämiseksi, jotka voivat vahingoittaa itse kommutaattoria. Fyysiset mitat ovat tärkeitä valintaprosessin alkuvaiheessa, koska hiililohkon pituuden, leveyden ja paksuuden on vastattava tarkasti harjan pidikkeen onkaloa; löysästi istuva harja tärisee kommutaattoria vasten sen sijaan, että se pysyisi vakaana. Jousen jännitys tarvitsee tarpeeksi voimaa pitääkseen harjan tiukasti paikallaan painamatta niin voimakkaasti, että se nopeuttaa kuparisegmenttien kulumista, ja yleissarjat sisältävät yleensä erilaisia ​​jousivaihtoehtoja, jotka sopivat eri työkaluluokkiin. Johdinliittimen ja liittimen tyypin on vastattava työkalun sisäistä johdotusta, jotta harja voidaan asentaa ilman muutoksia, ja suurempaan virrankulutukseen tarkoitetut harjat, kuten suurissa kulmahiomakoneissa, tarvitsevat yleensä korkeamman metallipitoisuuden riittävän johtavuuden saavuttamiseksi, kun taas pehmeämmällä grafiittisuhteella varustetut harjat valitaan silloin, kun hiljaisempi, pehmeämpi toiminta on tärkeämpää kuin raakavirtakapasiteetti. Myös kommutaattorimateriaali vaikuttaa päätökseen, koska jotkut harjakoostumukset ovat hellävaraisempia pehmeämmille kuparikommutaattoreille, kun taas toiset on suunniteltu kovempia, kulutusta kestävämpiä kommutaattoripintoja varten, joita löytyy teollisuusmoottoreista. Hyvin sovitettu yleispakkaus ottaa huomioon nämä muuttujat tarjoamalla valikoidun valikoiman kokoja ja kokoonpanoja sen sijaan, että luottaisimme yhteen yleiseen muotoon jokaiseen työkaluun sopivaksi.