Ce fac periile de cărbune?

Funcția de bază a unei perii de cărbune

A perie de cărbune transportă curent electric de la cablajul staționar din interiorul unei scule electrice către comutatorul rotativ sau inelul colector montat pe arborele motorului și face acest lucru în timp ce arborele se rotește cu viteză. Fără acest contact de alunecare, curentul nu ar putea ajunge la înfășurările armăturii care se rotesc, astfel încât motorul pur și simplu nu ar funcționa. Peria este apăsată pe comutator printr-un arc mic, iar pe măsură ce arborele se rotește, fața periei alunecă peste o serie de segmente de cupru, fiecare făcând contact scurt și apoi eliberându-se pe măsură ce următorul segment ia locul. Această comutare constantă este ceea ce permite câmpului magnetic din interiorul motorului să se inverseze la momentele potrivite, care este principiul de bază care menține un motor de curent continuu se învârte într-o direcție în loc să se blocheze.

Cum contactul de alunecare menține circuitul închis

În interiorul unui motor universal, comutatorul este împărțit într-un număr de segmente izolate de cupru, iar fiecare segment se conectează la un set diferit de înfășurări din armătură. Pe măsură ce peria alunecă de la un segment la altul, ea unește momentan două segmente simultan, care este punctul în care poate apărea o scânteie mică, cunoscută sub numele de arc de comutație. Un arc perie aplică de obicei o forță de contact în intervalul de 150 până la 300 de grame , suficient pentru a menține o conexiune stabilă fără a apăsa atât de tare încât frecarea uzură suprafața comutatorului în mod neuniform. Dacă forța arcului scade deoarece un arc s-a slăbit sau peria s-a uzat mai scurt decât permite suportul său, contactul devine intermitent și motorul poate funcționa neuniform sau poate pierde puterea sub sarcină.

De ce sunt folosite două perii în multe motoare mici

Multe unelte electrice portabile folosesc o pereche de perii poziționate una față de cealaltă pe comutator, una purtând curent înăuntru și cealaltă transportându-l înapoi. Acest aranjament echilibrează presiunea mecanică asupra arborelui și distribuie uzura, astfel încât un singur punct de contact nu face toată munca. La uneltele care trag curent mai mare, cum ar fi polizoarele unghiulare sau ferăstrăile circulare, periile sunt adesea făcute mai largi sau au o față de contact mai mare pentru a gestiona sarcina suplimentară fără supraîncălzire.

Materiale din spatele construcției periei de cărbune

Periile de cărbune nu sunt fabricate dintr-o singură substanță uniformă; termenul acoperă o gamă de compoziții pe bază de carbon concepute pentru diferite combinații de conductivitate, duritate și toleranță la căldură. Periile din grafit pur sunt moi și auto-lubrifiante, ceea ce le face blânde pe suprafața comutatorului, dar transportă mai puțin curent decât amestecurile care includ metal. Periile de electrografit sunt produse prin încălzirea carbonului amorf la o temperatură ridicată, ceea ce îi schimbă structura internă și îmbunătățește conductivitatea, păstrând în același timp materialul relativ moale. Periile de cupru-grafit amestecă cupru pulbere în matricea de carbon, adesea formând undeva între ele 40 și 70 la sută a periei în funcție de greutate, iar această compoziție este obișnuită la uneltele care atrag curent substanțial, cum ar fi motoarele de vid și generatoarele portabile, deoarece conținutul de cupru scade rezistența electrică.

De ce frecarea și arcul electric poartă treptat peria în jos

De fiecare dată când fața periei alunecă peste comutator, experimentează o mică frecare mecanică și de fiecare dată când traversează spațiul dintre două segmente, experimentează o mică scânteie electrică. Pe parcursul multor ore de funcționare, aceste două efecte se combină pentru a eroda treptat blocul de carbon, scurtându-i lungimea milimetru cu milimetru. O perie care a început la 12 milimetri în lungime s-ar putea uza până undeva aproape 4 sau 5 milimetri după utilizare prelungită într-o unealtă utilizată frecvent, moment în care arcul nu mai poate menține presiunea adecvată împotriva comutatorului. Căldura joacă, de asemenea, un rol, deoarece absorbția de curent ridicată susținută crește temperatura la punctul de contact, iar ciclurile repetate de încălzire și răcire pot face ca materialul periei să devină fragil și să se ciobiască, mai degrabă decât să se uzeze uniform.

Recunoașterea când o perie are nevoie de înlocuire

O perie uzată tinde să se anunțe printr-o mână de simptome vizibile, mai degrabă decât să eșueze în tăcere. Scântei vizibile în jurul orificiilor de ventilație ale carcasei motorului, un miros de ars în apropierea capacului din spate al sculei, un motor care pierde intermitent puterea sub sarcină și cantități neobișnuite de praf de cărbune negru care se adună în interiorul carcasei sunt indicatori obișnuiți că suprafața de contact s-a subțiet dincolo de un punct de lucru. Mulți producători marchează o lungime minimă utilizabilă direct pe peria de schimb sau o specifică în documentația de service a sculei, adesea undeva în jur 6 milimetri , sub care presiunea arcului și zona de contact nu mai sunt suficiente pentru un transfer de curent sigur. Verificarea lungimii periei în timpul întreținerii de rutină, în special la uneltele folosite zilnic într-un atelier, poate detecta această uzură înainte de a determina blocarea completă a motorului.

Matematica reparației

Un set de perii de cărbune de schimb costă de obicei o mică parte dintr-o unealtă electrică nouă, iar schimbarea unei perii uzate este adesea diferența dintre retragerea unei unealte și obținerea de câțiva ani de utilizare a acesteia. Atunci când un cost modest al pieselor prelungește durata de viață a unui motor care altfel ar fi aruncat, energia de fabricație, ambalarea, transportul și eventuala sarcină de eliminare legată de producerea unei scule de înlocuire sunt evitate pentru o cheltuială relativ mică. Aceasta face parte din motivul pentru care înlocuirea periilor rămâne o reparație standard de bază, predată în multe cursuri de întreținere a aparatelor și sculelor, mai degrabă decât o sarcină de specialitate rezervată tehnicienilor profesioniști.

Instrumente de zi cu zi care depind de perii de cărbune

Periile de cărbune apar într-o gamă largă de echipamente de uz casnic și de atelier, dincolo de mașina de găurit fără fir evidentă. Polizoarele unghiulare, ferăstrăile circulare și ferăstrăile alternative se bazează pe motoare universale cu perii, deoarece acel tip de motor poate atinge vitezele de rotație mari necesare pentru tăiere și șlefuire, rămânând în același timp compact și ieftin de produs. Aspiratoarele și mixerele de bucătărie folosesc versiuni mai mici ale aceleiași tehnologii, iar generatoarele portabile, unele ventilatoare de tavan și motoarele mai vechi ale mașinilor de spălat depind, de asemenea, de un aranjament perie-comutator pentru a menține curentul care curge către o armătură rotativă. Motoarele de pornire pentru autovehicule sunt un alt exemplu comun, în care periile gestionează un val de curent scurt, dar puternic, de fiecare dată când motorul se întoarce.

Potrivirea unei perii universale la un anumit motor

Selectarea corectă a unei perii universale de înlocuire contează atât pentru restabilirea performanței sculei, cât și pentru evitarea defecțiunilor premature care ar putea deteriora comutatorul în sine. Dimensiunile fizice contează la începutul procesului de selecție, deoarece lungimea, lățimea și grosimea blocului de carbon trebuie să se potrivească îndeaproape cu cavitatea suportului periei; o perie care se potrivește strâns va zvâcni pe comutator, mai degrabă decât să mențină un contact constant. Tensiunea arcului are nevoie de suficientă forță pentru a menține peria așezată ferm, fără a apăsa atât de tare încât să accelereze uzura segmentelor de cupru, iar kiturile universale includ în general o gamă de opțiuni de arc pentru a se potrivi diferitelor categorii de scule. Stilul terminalului și conectorului trebuie să se potrivească cu cablajul intern al instrumentului, astfel încât peria să poată fi instalată fără modificări, iar periile destinate unui consum mai mare de curent, cum ar fi cele din polizoarele unghiulare mari, au, în general, nevoie de un conținut mai mare de metal pentru o conductivitate adecvată, în timp ce periile cu un raport mai moale de grafit sunt alese acolo unde funcționarea mai silențioasă și mai lină contează mai mult decât capacitatea de curent brut. Materialul comutatorului este, de asemenea, un factor în decizie, deoarece unele formulări de perii sunt mai blânde pentru comutatoarele de cupru mai moi, în timp ce altele sunt formulate pentru suprafețele comutatoarelor mai dure și mai rezistente la uzură găsite în motoarele de calitate industrială. Un kit universal bine adaptat ține cont de aceste variabile, oferind o gamă bine îngrijită de dimensiuni și configurații, în loc să se bazeze pe o singură formă generică pentru a se potrivi fiecărui instrument.