Kefy a držiaky kefiek elektrických strojov na jednosmerný prúd: účel, materiál, typy a zariadenie

V elektromotoroch a generátoroch je často potrebné vytvoriť elektrické spojenie medzi stacionárnymi a rotujúcimi časťami zariadenia.

V prípade statorového (t. j. stacionárneho) hlavného vinutia elektrického stroja je ľahké z neho usporiadať vetvy na pripojenie externého stacionárneho elektrického systému, ale v prípade rotorového (t. j. rotujúceho) hlavného vinutia sa stáva potrebné usporiadať posuvný elektrický kontakt, pretože inak nie je k dispozícii vinutie rotora.

Elektrický posuvný kontakt môže byť realizovaný dvoma spôsobmi: buď ako kruhový posuvný kontakt alebo ako kolektorový posuvný kontakt. V oboch prípadoch si prevádzka elektrického stroja vyžaduje špeciálne zariadenia - kefy.

V prvých elektrických strojoch boli kefy balíkom zostaveným z medených plátov alebo tenkých drôtov, z ktorých dostali svoje meno.

Kefy moderných strojov sú kocky lisované z uhoľných, grafitových či medených práškov a preto nenesú česť svojmu menu, ktoré im však zostalo.

Medené, železné a bronzové kefy, ktoré túto prácu zvládli veľmi dobre v prvých jednosmerných strojoch koncom 19. storočia, sa ukázali ako nie príliš dobré materiály z hľadiska trenia. Rýchlo sa opotrebúvajú a v nových konštrukciách strojov ich nahrádza uhlie a grafit.

V súčasnosti pre jednosmerné stroje používané takmer výlučne uhlíkové kefky s prímesou grafitu, nesúce, v závislosti od percenta grafitu a spôsobu výroby kief, názvy uhlík-grafit, grafit alebo elektrograf. Len pre nízkonapäťové stroje do 30 V sa používajú kovovo-uhlíkové kefy, ktoré poskytujú nižší úbytok napätia v kontaktnej (prechodovej) vrstve na kolektore.

Uhlíkové kefy sú vyrobené z čistého grafitu, retortového uhlíka a sadzí v rôznych pomeroch. Uhlie je samomazný materiál, ktorý nepoškodzuje povrch, o ktorý sa trie a rýchlo sa neopotrebováva.

Grafitové kefy sú vyrobené z čistého prírodného grafitu. Grafit sa rozdrví na jemný prášok, ktorý sa potom pod veľmi vysokým tlakom lisuje na tyčinky požadovanej veľkosti. Uhlie a grafit sú vynikajúce vodiče elektriny.

Elektrografitové kefy Sú to v podstate uhlíkové kefky, ktoré sú však vystavené vysokým teplotám v elektrickej peci a tak sa premenia na grafit. Tieto kefy majú veľmi dobré brúsne vlastnosti.

Uhlíkové kefy vyrobené z uhlia a medi rozdrvené na jemný prášok, niekedy s prídavkom iného drveného kovu (najčastejšie cínu).

Výroba týchto kief prebieha tak, že kefa má čo najlepšiu vodivosť v axiálnom smere, ktorým prechádza pracovný prúd stroja a zlú vodivosť (veľký elektrický odpor) v priečnom smere, v ktorom prídavné prúdy zahrnutých sekcií sú počas komutácie uzavreté.

Elektrické strojové kefy sú štandardizované. Vyznačujú sa tvrdosťou, prechodným poklesom napätia v kontakte a prípustnou hustotou prúdu.

Táto technológia prenosu energie, ktorá je stará viac ako sto rokov, je široko používaná aj dnes. Uhlíkové kefky stále nájdeme v mnohých elektromotoroch. Počnúc malými motormi v hračkách, elektrických kuchynských spotrebičoch, elektrických oknách, holiacich strojčekoch, práčkach, sušičoch vlasov, vysávačoch alebo elektrickom náradí (elektrické vŕtačky, uhlové brúsky, frézky, kotúčové píly atď.),

Kefy sa používajú aj vo veľkých strojoch na jednosmerný prúd v elektrických lokomotívach, ponorkách a generátoroch elektrární, ako aj vo veterných turbínach. V súlade s tým sú geometrické a elektrické charakteristiky uhlíkových kefiek odlišné.

Počet zón (tvoriacich valcovú plochu kolektora) zostavy kief na kolektore sa zvyčajne rovná počtu pólov stroja. Počet kief v každej zóne závisí od hodnoty prúdu a hustoty prúdu pod kefou povolenej pre daný typ kief, ale menej ako dve kefy na zónu nájdete len vo veľmi malých strojoch, pretože s jednou kefou na zóne je ťažké zabezpečiť spoľahlivosť kontaktu kefy.

Kefy, ktoré zostávajú v rovnakej zóne, sa nazývajú zónová súprava kief a súprava všetkých súprav zón daného stroja sa nazýva kompletná súprava kief.

Koncový povrch kief na strane protiľahlej ku kontaktu s kolektorom je zvyčajne pomedený, niekedy pocínovaný. Pri malom prúde odoberanom kefou poskytuje kontaktná plocha kefy s držiakom kefky a prítlačnou pružinou dostatočne vyhovujúce podmienky pre odber prúdu.

Veľké kefy sú vybavené uzávermi z medeného plechu, ktoré sú na nich pevne pripevnené, a na nich sú pripevnené drôty z mäkkých ohybných káblov vhodných úsekov, s hrotmi na upevnenie pod skrutku na držiak kefy alebo na časť určenú na vypúšťanie kefový prúd. Uzáver kefy na lano sa nazýva rameno kefy.

Kefy sú držané v pevnej polohe vzhľadom na kolektor držiaky kefy, ktorého dizajn je veľmi rôznorodý.

Ak je elektrický stroj určený pre oba smery otáčania, potom sa používajú radiálne držiaky kefy, ktoré zabezpečujú umiestnenie kefy pozdĺž polomeru zberača. Na strojoch s jedným špecifickým smerom otáčania sa často používajú držiaky kefy s určitým sklonom kefy k polomeru.

Držiak kefy pre nízko a stredne výkonné jednosmerné stroje

Veľký držiak kefy pre DC stroj

Jednozónové držiaky kefy sú pripevnené na okrúhle alebo štvorcové prsty kefy alebo na kefové svorky… Prsty kefy alebo svorky z rôznych oblastí kefy sú zosilnené podpery kefy alebo podvaly kiefod ktorých musia byť spoľahlivo izolované.

Rovné podvaly sú zase pripevnené buď k ložiskám, alebo ku koncovým štítom, alebo k strmeňu, alebo nakoniec nezávisle k základnej doske stroja (pri dlhých kolektoroch).

Dôležitými podmienkami, ktoré musí podpera kefky alebo krížová hlava kefky spĺňať, je absolútna absencia vibrácií, dostupnosť kontroly a nastavenia kief, jednoduché vyberanie jednotlivých držiakov kief pri opravách a možnosť súčasného otáčania celého kefového systému pre presné upevnenie v správna komutačná poloha pri zachovaní úplnej sústrednosti držiakov kief a zberača.

Kefy, držiaky kefiek, prsty (alebo svorky) a traverza (alebo podpera) tvoria takzvaný zberač prúdu jednosmerného stroja. Zahŕňa tiež spojenia medzi sadami zónových kief s rovnakou polaritou.

Na odvádzanie prúdu sú kefové prsty a svorky zón s rovnakým názvom (to znamená s rovnakou polaritou, kladnou alebo zápornou) navzájom elektricky spojené izolovaným drôtom zodpovedajúcej časti.

Týmto spôsobom sa získajú dva úplné alebo čiastočné zberné krúžky, ktoré sú potom spojené flexibilnými káblami vhodného prierezu s vonkajšími svorkami stroja. Tieto sú pripevnené na špeciálnej upínacej doske buď k strmeňu alebo k hlavnej doske stroja. Svorkovnica krytá ochranným krytom tvorí svorkovnicu.

Správna aplikácia a výber kefy v kombinácii so správnou údržbou vedie k zvýšeniu výkonu stroja a zníženiu nákladov na prestoje.

Pretože trenie spôsobené otáčaním zariadenia spôsobuje abrazívne opotrebovanie, kefy sa musia pravidelne vymieňať.Z toho dôvodu, bezkomutátorové motory.