Escovas e porta-escovas de máquinas elétricas de corrente contínua: finalidade, material, tipos e dispositivo

Em motores e geradores elétricos, muitas vezes é necessário estabelecer uma conexão elétrica entre as partes estacionárias e rotativas do dispositivo.

No caso de um enrolamento principal do estator (ou seja, estacionário) de uma máquina elétrica, é fácil arranjar ramificações dele para conectar um sistema elétrico estacionário externo, mas no caso de um enrolamento principal do rotor (ou seja, rotativo), torna-se necessário providenciar um contato elétrico deslizante, caso contrário, o enrolamento do rotor não estará disponível.

O contato deslizante elétrico pode ser realizado de duas formas: como contato deslizante de anel ou como contato deslizante de coletor. Em ambos os casos, a operação de uma máquina elétrica requer dispositivos especiais - escovas.

Nas primeiras máquinas elétricas, as escovas eram um pacote montado a partir de placas de cobre ou fios finos, de onde tiraram o nome.

As escovas das máquinas modernas são cubos prensados ​​​​a partir de pós de carvão, grafite ou cobre e, portanto, não fazem jus ao nome, que, no entanto, ficou para trás.

Escovas de cobre, ferro e bronze, que funcionavam muito bem nas primeiras máquinas DC no final do século 19, acabaram sendo materiais não muito bons em termos de atrito. Eles se desgastam rapidamente e em novos projetos de máquinas são substituídos por carvão e grafite.

Atualmente para máquinas DC usado quase exclusivamente escovas de carbono com uma mistura de grafite, levando, dependendo da porcentagem de grafite e da forma como são feitas as escovas, os nomes de grafite-carbono, grafite ou eletrografo. Somente para máquinas de baixa tensão, até 30 V, são utilizadas escovas de metal-carbono, que proporcionam menor queda de tensão na camada de contato (transição) no coletor.

Escovas de carvão são feitos de grafite puro, carbono de retorta e negro de fumo em várias proporções. O carvão é um material autolubrificante que não danifica a superfície sobre a qual esfrega e não se desgasta rapidamente.

pincéis de grafite são feitos de grafite natural puro. O grafite é triturado em um pó fino, que é então prensado sob pressão muito alta em hastes do tamanho desejado. Carvão e grafite são excelentes condutores de eletricidade.

escovas de eletrografite Eles são essencialmente escovas de carvão, mas expostas a altas temperaturas em um forno elétrico e, portanto, convertidas em grafite. Essas escovas têm propriedades de moagem muito boas.

Escovas de carvão feito de carvão e cobre esmagados em um pó fino, às vezes com a adição de outro metal triturado (na maioria das vezes estanho).

A produção dessas escovas é realizada de forma que a escova tenha a melhor condutividade possível na direção axial, na qual passa a corrente de trabalho da máquina, e má condutividade (alta resistência elétrica) na direção transversal, na qual as correntes adicionais das seções incluídas são fechadas durante a comutação.

As escovas elétricas da máquina são padronizadas. Eles são caracterizados por dureza, queda de tensão transitória no contato e densidade de corrente permitida.

Essa tecnologia de transmissão de energia, com mais de cem anos, ainda é amplamente utilizada hoje. As escovas de carvão ainda podem ser encontradas em muitos motores elétricos. Começando com pequenos motores em brinquedos, utensílios elétricos de cozinha, vidros elétricos, máquinas de barbear, máquinas de lavar, secadores de cabelo, aspiradores ou ferramentas elétricas (furadeiras elétricas, rebarbadoras, tupias, serras circulares, etc.),

As escovas também são usadas em grandes máquinas de corrente contínua em locomotivas elétricas, submarinos e geradores de usinas elétricas, bem como em turbinas eólicas. Consequentemente, as características geométricas e elétricas das escovas de carvão são diferentes.

O número de zonas (formando a superfície cilíndrica do coletor) da montagem das escovas no coletor é geralmente igual ao número de polos da máquina. O número de escovas em cada zona depende do valor da corrente e da densidade de corrente sob a escova permitida para um determinado tipo de escova, mas menos de duas escovas por zona só podem ser encontradas em máquinas muito pequenas, pois com uma escova por zona é difícil garantir a confiabilidade do contato da escova.

As escovas que ficam na mesma zona são chamadas de conjunto de escovas de zona, e o conjunto de todos os conjuntos de zonas de uma determinada máquina é chamado de conjunto de escovas completo.

A superfície final das escovas no lado oposto ao contato com o coletor é geralmente revestida de cobre, às vezes estanhada. Em uma pequena corrente consumida pela escova, condições suficientemente satisfatórias para drenagem de corrente são fornecidas pela superfície de contato da escova com o porta-escovas e a mola de compressão.

As escovas grandes são equipadas com tampas de chapa de cobre, bem ajustadas a elas, e com fios presos a elas, feitas de cabos flexíveis macios de seções adequadas, com pontas para fixação sob um parafuso a um porta-escovas ou a uma parte destinada a drenagem corrente da escova. A tampa da escova de corda é chamada de braço da escova.

As escovas são mantidas em uma posição fixa em relação ao coletor porta-escovas, cujo design é muito diversificado.

Se a máquina elétrica for projetada para os dois sentidos de rotação, são utilizados porta-escovas radiais, que garantem a localização da escova ao longo do raio do coletor. Em máquinas com um sentido de rotação específico, os porta-escovas são frequentemente usados ​​com alguma inclinação da escova em relação ao raio.

Porta-escovas para máquinas DC de baixa e média potência

Grande porta-escovas para máquina DC

Os porta-escovas de zona única são fixados em dedos redondos ou quadrados ou em pinças de escova… Os dedos ou grampos da escova de diferentes áreas da escova são reforçados suportes de escova ou dormentes de escovado qual eles devem ser isolados de forma confiável.

Por sua vez, os dormentes pares são fixados nos mancais, nas tampas das extremidades, na forquilha ou, finalmente, de forma independente na placa de base da máquina (para coletores longos).

Condições importantes que o suporte da escova ou cabeça cruzada da escova devem atender são a ausência absoluta de vibração, acessibilidade para verificar e ajustar as escovas, fácil remoção dos porta-escovas individuais para reparos e a capacidade de girar simultaneamente todo o sistema de escovas para montagem precisa no posição de comutação correta, mantendo a concentricidade total dos porta-escovas e do coletor.

Escovas, porta-escovas, dedos (ou grampos) e uma travessa (ou suporte) constituem o chamado coletor de corrente de uma máquina CC. Também inclui conexões entre conjuntos de escovas de zona da mesma polaridade.

Para drenar a corrente, os dedos da escova e os grampos das zonas de mesmo nome (ou seja, da mesma polaridade, positiva ou negativa) são conectados eletricamente entre si com um fio isolado da seção correspondente.

Desta forma, são obtidos dois anéis coletores completos ou parciais, que são então conectados por cabos flexíveis de seção transversal adequada aos terminais externos da máquina. Estes últimos são fixados em uma placa de fixação especial no garfo ou na placa principal da máquina. A placa de terminais, coberta com uma capa protetora, forma uma caixa de terminais.

A aplicação e a seleção adequadas de escovas, combinadas com a manutenção adequada, resultam em maior desempenho da máquina e custos reduzidos de tempo de inatividade.

Como o atrito causado pela rotação do aparelho causa desgaste abrasivo, as escovas devem ser trocadas periodicamente.Por essa razão, motores sem escova.