نحوه کار برس های کربنی: عملکرد، انواع و جایگزینی

برس های کربن برقی با حفظ تماس الکتریکی لغزشی پیوسته بین یک مدار ثابت و یک جزء دوار - معمولاً کموتاتور یا حلقه لغزش یک موتور DC یا موتور جهانی AC کار می کند. آنها جریان را به داخل و خارج آرمیچر چرخان منتقل می کنند و موتور را قادر می سازند تا گشتاور تولید کند و کار کند. بدون برس های کربنی کاربردی، موتور تداوم الکتریکی را از دست می دهد و به طور کامل کار نمی کند. درک نحوه کار برس های کربنی، انواع موجود و زمان تعویض a مجموعه برس کربن دانشی ضروری برای هر کسی که از ابزارهای برقی، لوازم خانگی یا موتورهای صنعتی نگهداری می کند، ضروری است.

مکانیسم اصلی: چگونه برس های کربنی الکتریسیته را انتقال می دهند

برس کربن بلوک کوچکی از مواد رسانا - عمدتاً گرافیت یا کامپوزیت گرافیت - است که در یک نگهدارنده برس نگه داشته شده و توسط فنر روی سطح یک کموتاتور چرخان یا حلقه لغزنده فشرده می‌شود. همانطور که شفت موتور می چرخد، برس تماس فیزیکی ثابتی را با بخش های کموتاتور حفظ می کند و مدار الکتریکی را تکمیل می کند که سیم پیچ های آرمیچر را به ترتیب انرژی می دهد.

این فرآیند از طریق سه عمل همزمان انجام می شود. اول، فنر فشار ثابتی را اعمال می کند - معمولاً بین 150 و 400 گرم بر سانتی متر مربع - برای اطمینان از اینکه صفحه برس هرگز تماس خود را با کموتاتور قطع نمی کند. دوم، ماده کربنی جریان را در سطح مشترک لغزشی با حداقل مقاومت هدایت می کند. سوم، ترکیب نرم گرافیت به برس اجازه می دهد تا به تدریج فرسوده شود و با سطح کموتاتور مطابقت داشته باشد و اصطکاک و قوس الکتریکی را کاهش دهد.

کربن به دلیل مهمی به عنوان ماده برس انتخاب شد: رسانای الکتریکی و در عین حال به اندازه‌ای نرم است که ترجیحاً نسبت به کموتاتور مسی یا برنجی بسیار سخت‌تر پوشیده شود. این بدان معنی است که برس خود را فدا می کند تا از کموتاتور گران تر محافظت کند. یک برس کربن با عملکرد خوب همچنین یک لایه روان کننده نازک از اکسید گرافیت را رسوب می دهد - به نام پتینه یا فیلم - روی سطح کموتاتور، که اصطکاک و نویز الکتریکی را بیشتر کاهش می دهد.

اجزای کلیدی که با برس های کربنی کار می کنند

برس های کربن برقی به صورت مجزا عمل نمی کنند. عملکرد آنها مستقیماً به شرایط و طراحی اجزای اطراف بستگی دارد.

کموتاتور

کموتاتور یک سیلندر مسی قطعه بندی شده است که روی شفت موتور نصب شده است. همانطور که می‌چرخد، برس به ترتیب با بخش‌های مختلف تماس می‌گیرد و جهت جریان را در هر سیم‌پیچ آرمیچر دقیقاً در لحظه مناسب معکوس می‌کند. این سوئیچینگ متوالی چیزی است که توان DC را به چرخش مکانیکی شفت تبدیل می کند. یک کموتاتور فرسوده یا شیاردار به طور چشمگیری سایش برس را افزایش می دهد و راندمان موتور را کاهش می دهد.

نگهدارنده برس

نگهدارنده برس یک محفظه کانالی است که برس کربن را در یک مسیر مستقیم عمود بر سطح کموتاتور هدایت می کند. معمولاً باید تلورانس های دقیق را حفظ کند فاصله بین 0.1 تا 0.2 میلی متر در اطراف برس - برای اجازه حرکت آزاد بدون تکان دادن بیش از حد. نگهدارنده برس آسیب دیده یا خورده باعث فشار تماس ناهموار و سایش سریع می شود.

فنر فشار

فنر پشت هر برس نیروی تماس ثابتی را در برابر کموتاتور حفظ می کند. فشار بسیار کم فنر باعث جهش و قوس برس می شود. بیش از حد باعث سایش سریع مکانیکی و گرمای بیش از حد می شود. فنرها بر اساس درجه برس و سرعت موتور خاص کالیبره می شوند و همیشه باید به عنوان بخشی از جایگزینی مجموعه برس کربن جایگزین شوند.

انواع برس های کربن الکتریکی توضیح داده شده است

همه برس های کربن برقی از یک ماده ساخته نمی شوند. این ترکیب به دقت مهندسی شده است تا با ولتاژ، جریان، سرعت و محیط کار موتور مطابقت داشته باشد. استفاده از درجه نامناسب می تواند منجر به سایش زودرس، قوس زیاد یا آسیب کموتاتور شود.

برای اکثر تعمیرات ابزار برقی و لوازم خانگی، برس های الکتروگرافی رایج ترین نوع مورد نیاز هستند. آنها رسانایی خوب، نرخ سایش قابل قبول، و تشکیل فیلم کموتاتور موثر را در طیف گسترده ای از شرایط عملیاتی متعادل می کنند.

جایی که از برس های کربن الکتریکی استفاده می شود

برس های کربنی در هر ماشینی که از یک موتور AC/DC کموتاسیون یا یونیورسال استفاده می کند، یافت می شود. استفاده از آنها شامل محصولات مصرفی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات حمل و نقل می شود.

ابزار قدرت

آسیاب های زاویه ای، اره های مدور، مته ها، چکش های چرخشی و سنباده ها همگی از موتورهای یونیورسال برس خورده استفاده می کنند. معمولی چرخ زاویه ای با سرعت 11000 دور در دقیقه کار می کند تقاضای قابل توجهی برای مجموعه برس های کربنی خود ایجاد می کند - برس های موجود در این ابزار ممکن است پس از آن نیاز به تعویض داشته باشند 50 تا 100 ساعت استفاده سنگین . تولیدکنندگان بزرگ از جمله Bosch، Makita، DeWalt و Metabo همگی مجموعه‌های برس کربن خاصی را برای مدل‌های ابزار خود منتشر می‌کنند.

لوازم خانگی

ماشین‌های لباسشویی، جاروبرقی و میکسرهای غذا معمولاً از موتورهای برس‌کشی استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، موتور ماشین لباسشویی درب جلو، برای تامین انرژی درام در چرخه چرخش، به برس های کربنی متکی است. هنگامی که این برس ها فرسوده می شوند - معمولاً بعد از آن 3 تا 7 سال استفاده منظم - ممکن است چرخش دستگاه متوقف شود یا کد خطای موتور نمایش داده شود. تعویض مجموعه برس کربن در ماشین لباسشویی یکی از مقرون به صرفه ترین تعمیرات موجود است که اغلب کمتر از 15 دلار در مقایسه با تعویض موتور 200 دلار هزینه دارد.

کاربردهای صنعتی و خودروسازی

موتورهای DC صنعتی، ژنراتورهای توربین بادی، دینام‌های خودرو و موتورهای کششی راه‌آهن همگی برای تداوم الکتریکی به برس‌های کربنی وابسته هستند. در موتورهای صنعتی بزرگ، یک مجموعه برس می‌تواند چندین کیلوگرم وزن داشته باشد و بازرسی برنامه‌ریزی شده برس، بخشی استاندارد از پروتکل‌های تعمیر و نگهداری برای جلوگیری از خرابی غیرمنتظره موتور است.

علائمی که نشان می دهد برس های کربنی نیاز به تعویض دارند

برس های کربنی با استفاده معمولی به تدریج فرسوده می شوند. اکثر تولید کنندگان برس هایی را با نشانگر سایش طراحی می کنند - یک شیار یا خط روی بدنه برس - که نشان می دهد که برس به حداقل طول قابل استفاده رسیده است. نادیده گرفتن برس های فرسوده منجر به آسیب کموتاتور، افزایش قوس الکتریکی، گرمای بیش از حد و در نهایت خرابی موتور می شود.

• جرقه یا قوس قابل مشاهده: جرقه های کوچک گاه به گاه طبیعی است. جرقه های شدید مداوم که از طریق شکاف های تهویه قابل مشاهده است نشان دهنده فرسودگی یا آسیب دیدن برس ها است
• کاهش قدرت موتور: احساس ضعیف‌تر شدن ابزار یا دستگاه تحت بار است - تماس ضعیف برس باعث کاهش راندمان انتقال جریان می‌شود.
• عملیات متناوب: موتور داخل و خارج می شود، به خصوص در اثر لرزش، زیرا برس های فرسوده تماس ثابت خود را با کموتاتور از دست می دهند.
• بوی سوختگی: مقاومت الکتریکی بیش از حد ناشی از تماس تخریب شده برس باعث ایجاد گرما و بوی متمایز سوختگی می شود
• موتور روشن نمی شود: اگر هر دو برس کاملاً فرسوده شوند، مدار الکتریکی خراب شده و موتور به هیچ وجه کار نمی کند
• طول برس زیر 6 میلی متر: بیشتر برس های استاندارد از 12 تا 20 میلی متر شروع می شوند. هنگام استفاده از آن توصیه می شود یک سوم طول اصلی یا کمتر از 6 میلی متر ، هر کدام که زودتر بیاید

نحوه انتخاب ست برس کربن مناسب

انتخاب مجموعه مناسب برس کربن بسیار مهم است. یک برس با اندازه نادرست یا درجه نادرست یا پیش از موعد از کار می افتد یا به کموتاتور آسیب می رساند. این مراحل را دنبال کنید تا مطمئن شوید که جایگزین مناسب را دریافت می کنید.

ابعاد دقیق را مطابقت دهید

برس های کربنی باید دقیقاً درون نگهدارنده برس قرار بگیرند. برس فرسوده را اندازه بگیرید عرض، ضخامت و طول در میلی متر ابعاد متداول برس ابزار برقی شامل 6×6 میلی متر، 7×17 میلی متر و 8×16 میلی متر است، اما صدها تغییر وجود دارد. حتی یک تفاوت اندازه 0.5 میلی متری می تواند باعث تکان خوردن برس در نگهدارنده و ایجاد سایش ناهموار شود. همیشه به جای تخمین با چشم از کولیس استفاده کنید.

در صورت امکان از شماره قطعه سازنده استفاده کنید

مطمئن ترین راه برای یافتن مجموعه برس کربن صحیح، ارجاع به شماره قطعه سازنده از دفترچه راهنمای ابزار یا دستگاه، وب سایت سازنده، یا بدنه برس موجود است (بسیاری از برس ها دارای شماره قطعه هستند). برای مثال، آسیاب زاویه ای بوش ممکن است به شماره قطعه نیاز داشته باشد 1619P06379 ، در حالی که مته ماکیتا ممکن است به قطعه نیاز داشته باشد CB-153 . مجموعه‌های برس کربن جهانی که بدون مرجع مدل فروخته می‌شوند، تنها زمانی مناسب هستند که ابعاد و درجه دقیق آن تأیید شود.

درجه کربن را با برنامه کاربردی مطابقت دهید

جایگزینی برس فرسوده با درجه سخت تر یا نرم تر از حد مشخص شده می تواند مشکلاتی ایجاد کند. برس خیلی سفت سایش کموتاتور را افزایش می دهد. یکی که خیلی نرم است خیلی زود می پوشد. هنگام تعویض برس در ابزار برقی، همیشه از آن استفاده کنید درجه الکتروگرافیت جایگزینی، مگر اینکه سازنده غیر از این مشخص کند. برای موتورهای ماشین لباسشویی، انواع رزینی یا الکتروگرافیتی استاندارد هستند.

همیشه به عنوان یک مجموعه کامل جایگزین شود

موتورها از دو برس کربنی استفاده می کنند که در طرف مقابل کموتاتور قرار گرفته اند. همیشه هر دو برس را به طور همزمان تعویض کنید ، حتی اگر فقط یکی از آنها فرسوده به نظر برسد. نصب یک برس جدید در کنار یک برس نیمه فرسوده، فشار تماسی نابرابر ایجاد می‌کند، که منجر به سایش ناهموار کموتاتور و کاهش عمر مفید برس جدید می‌شود. مجموعه برس های کربنی با کیفیت همیشه شامل برس ها و در بسیاری از موارد فنرهای جایگزین می شود.

گام به گام: نحوه تعویض ست برس کربن

تعویض مجموعه برس کربن یکی از در دسترس ترین تعمیرات موتور است که اغلب فقط به پیچ گوشتی و برس های جایگزین مناسب نیاز دارد. همیشه قبل از شروع، ابزار یا دستگاه را از برق جدا کنید.

1. قطع برق: ابزار یا دستگاه را به طور کامل از برق بکشید. برای ابزارهایی که با باتری کار می کنند، بسته باتری را بردارید.
2. محل نگهدارنده برس را پیدا کنید: در اکثر ابزارهای برقی، درپوش‌های برس از بیرون محفظه موتور قابل دسترسی هستند - به دنبال دو درپوش پیچ کوچک یا شاخه‌های دسترسی در طرفین مخالف بدنه موتور باشید.
3. درپوش های برس را بردارید: از یک پیچ گوشتی سر صاف برای باز کردن یا باز کردن درپوش های برس استفاده کنید. در وسایلی مانند ماشین لباسشویی، ممکن است برای دسترسی به برس‌ها، موتور لازم باشد تا حدی جدا شود.
4. برس های فرسوده را استخراج کنید: برس کربن قدیمی را بلغزانید یا از نگهدارنده بیرون بکشید. به جهت آن توجه کنید - هنگام نصب مجدد، سطح زاویه دار یا اریب برس باید در جهت صحیح باشد.
5. کموتاتور را بازرسی کنید: سطح کموتاتور را برای شیارهای عمیق، علائم سوختگی یا رسوبات کربن سنگین بررسی کنید. تغییر رنگ روشن طبیعی است. شیارهای عمیق نشان می دهد که کموتاتور ممکن است به بازسازی حرفه ای نیاز داشته باشد.
6. قرار دادن برس های جدید: برس های جدید را از روی برس کربنی که در جهت درست قرار داده اند به داخل نگهدارنده ها بلغزانید. اطمینان حاصل کنید که سیم سربی (پیگتیل) به درستی مسیریابی شده و نیشگون نگرفته است.
7. درپوش ها را تعویض کنید و تست کنید: درپوش‌های برس را دوباره محکم نصب کنید، برق را بازیابی کنید و موتور را بدون بار به مدت 2 تا 5 دقیقه روشن کنید تا برس‌های جدید در بستر قرار بگیرند و با سطح کموتاتور مطابقت داشته باشند.

دوام برس های کربن چقدر است؟

طول عمر برس کربن به میزان قابل توجهی بر اساس کاربرد، سرعت موتور، بار فعلی و محیط کار متفاوت است. برآوردهای زیر بر اساس شرایط عملیاتی عادی است:

محیط عملیاتی نقش مهمی در طول عمر برس دارد. رطوبت زیر 30 درصد رطوبت مورد نیاز برای تشکیل پتینه محافظ روی کموتاتور را حذف می کند و نرخ سایش را به طور چشمگیری افزایش می دهد. برعکس، رطوبت بیش از حد می تواند باعث تورم برس کربن و اتصال در نگهدارنده شود. رطوبت عملیاتی ایده آل برای عملکرد برس کربن است رطوبت نسبی 40 تا 60 درصد .

برس های کربنی در مقابل موتورهای بدون جاروبک: زمانی که برس ها هنوز انتخاب مناسبی هستند

فناوری موتور بدون برس، برس های کربنی را در بسیاری از ابزارها و وسایل برقی مدرن حذف کرده است. موتورهای بدون جاروبک از کنترل‌کننده‌های الکترونیکی به جای تماس فیزیکی برس برای تغییر جریان استفاده می‌کنند که در نتیجه عمر طولانی‌تر و راندمان بالاتری دارد. با این حال، موتورهای برس خورده با مجموعه برس های کربنی طرح غالب باقی می مانند در بسیاری از کاربردها به دلایل عملی مهم.

• هزینه کمتر: ساخت موتورهای برس دار به طور قابل توجهی ارزان تر است و قیمت دستگاه و ابزار را در دسترس نگه می دارد
• کنترل سرعت ساده: موتورهای یونیورسال برس خورده مستقیماً با کنترل‌های ساده با مقاومت متغیر یا سرعت TRIAC کار می‌کنند و آنها را برای وسایلی مانند میکسر و روتر کاربردی می‌کند.
• گشتاور راه اندازی بالا: موتورهای DC برس خورده گشتاور قوی را از حالت سکون ارائه می دهند که در ماشین های لباسشویی و کاربردهای کششی ارزشمند است.
• قابلیت تعمیر آسان: یک مجموعه برس کربن فرسوده را می توان در عرض چند دقیقه با چند دلار تعویض کرد و به جای نیاز به تعویض کامل موتور، عمر محصول را افزایش داد.
• موجودی تعیین شده: میلیاردها دستگاه موتور برس خورده در حال حاضر در سرتاسر جهان در خدمت هستند و تقاضای پایدار برای جایگزینی ست برس های کربنی برای دهه های آینده ایجاد می کنند.