หลักการทำงานของแปรงคาร์บอนและแปรงคาร์บอนคืออะไร

แปรงถ่านเป็นส่วนประกอบทางอุตสาหกรรมที่มีขนาดเล็กมาก แม้ว่าแปรงถ่านจะมีขนาดเล็ก แต่คุณค่าของมันก็เปลี่ยนได้ยาก แปรงถ่านเป็นส่วนสำคัญอย่างหนึ่งในมอเตอร์ต่างๆ วัสดุหลักคือวัสดุคาร์บอน ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและใช้ในการส่งกระแสไฟฟ้าไปยังส่วนประกอบที่ต้องการการเคลื่อนที่แบบหมุน

แปรงถ่านรุ่นแรกสุดถูกคิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ โจเซฟ วิลสัน สวอน ในปี พ.ศ. 2410 ด้วยการพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แปรงคาร์บอนจึงค่อยๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 แปรงถ่านถูกนำมาใช้ในงานต่างๆ ในเครื่องใช้ในครัวเรือนและอุตสาหกรรมที่หลากหลายการใช้งานแปรงคาร์บอนช่วยให้อุปกรณ์เหล่านี้ส่งกระแสไฟฟ้าและบรรลุการแปลงพลังงานไฟฟ้าและการเคลื่อนไหวทางกล

องค์ประกอบของแปรงถ่านไม่คงที่ บางชนิดเป็นเพียงแปรงคาร์บอนเปลือย บางชนิดเป็นแปรงคาร์บอนและสายไฟ บางชนิดเป็นแปรงคาร์บอน สายไฟ ขั้วต่อ บางชนิดเป็นแปรงคาร์บอน สายไฟ สปริง ขั้วต่อโลหะ และบางชนิดเป็นแปรงคาร์บอน ที่วางแปรงโลหะ/ที่ใส่แปรงพลาสติก แต่ส่วนหลักของมันคือหัวแปรงคาร์บอนซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นรูปสี่เหลี่ยม

หลักการทำงานของแปรงถ่านส่วนใหญ่จะส่งพลังงานหรือสัญญาณระหว่างชิ้นส่วนที่อยู่กับที่และส่วนที่หมุนของเครื่องจักรที่กำลังหมุน เช่น มอเตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ที่แปรงคาร์บอนคือการเพิ่มกระแสภายนอก (กระแสกระตุ้น) ให้กับโรเตอร์ที่กำลังหมุนผ่านแปรงคาร์บอน (กระแสอินพุต) เพื่อแนะนำประจุไฟฟ้าสถิตบนเพลาขนาดใหญ่ลงสู่พื้นโลกผ่านแปรงคาร์บอน (แปรงคาร์บอนกราวด์) (กระแสไฟขาออก); ไปยังเพลาขนาดใหญ่ (กราวด์) นำไปสู่อุปกรณ์ป้องกันสำหรับการต่อสายดินของโรเตอร์และวัดแรงดันไฟฟ้าบวกและลบของโรเตอร์ลงกราวด์ การเปลี่ยนทิศทางของกระแส (ในมอเตอร์สับเปลี่ยน แปรงก็มีบทบาทในการเปลี่ยนทิศทางด้วย)

กราไฟท์ธรรมชาติ

กราไฟท์ธรรมชาติเป็นวัตถุดิบหลักของแปรงคาร์บอนประเภทนี้ สารยึดเกาะทำจากแอสฟัลต์หรือเรซินซึ่งอบหรือเผาที่อุณหภูมิ 1,000 องศา มอเตอร์ประเภทนี้มีประสิทธิภาพการหล่อลื่นที่ดีและประสิทธิภาพการรวบรวมกระแสไฟ ส่วนใหญ่ใช้ในวงแหวนสะสมของมอเตอร์กระแสตรงขนาดเล็กและขนาดกลางและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันความเร็วสูงที่ทำงานได้อย่างราบรื่น

กราไฟท์เมทัลลิก

วัสดุหลักของแปรงคาร์บอนประเภทนี้คือทองแดงด้วยไฟฟ้าและกราไฟต์ บางครั้งอาจใช้โลหะอื่นๆ เช่น ผงเงิน (ใช้ในเครื่องมือที่มีความแม่นยำและมีราคาแพงมาก) ผงอะลูมิเนียม ผงตะกั่ว ฯลฯ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้องการ เหมาะสำหรับมอเตอร์แรงดันต่ำที่มีความต้องการโหลดสูงและมีการสับเปลี่ยนต่ำ (เช่น มอเตอร์สตาร์ทรถยนต์ ฯลฯ)

กราไฟท์เคมีไฟฟ้า

ส่วนประกอบหลักคือวัสดุผงคาร์บอนต่างๆ เช่น คาร์บอนแบล็ค โค้ก และกราไฟท์ ซึ่งจะถูกแปลงเป็นกราไฟท์เทียมระดับไมโครคริสตัลไลน์หลังจากผ่านการบำบัดที่อุณหภูมิสูงที่ 2,500 องศา แปรงถ่านชนิดนี้มีคุณสมบัติในการสับเปลี่ยนและการหล่อลื่นที่ดีเยี่ยม และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในมอเตอร์ AC และ DC ต่างๆ

แปรงคาร์บอนมีบทบาทสำคัญในมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน หน้าที่หลักของแปรงถ่านคือการส่งกระแสไฟฟ้า เมื่อเปิดมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน กระแสไฟฟ้าจะเข้าสู่สเตเตอร์จากแหล่งจ่ายไฟ และถูกส่งไปยังขดลวดบนโรเตอร์ผ่านแปรงคาร์บอน แปรงถ่านเมื่อสัมผัสกับโรเตอร์ที่กำลังหมุนอยู่จะปล่อยกระแสเข้าสู่ขดลวด ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กซึ่งมีปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์เพื่อดันโรเตอร์ให้หมุน
และแปรงถ่านยังมีฟังก์ชั่นปรับปรุงประกายไฟอีกด้วย ประกายไฟและส่วนโค้งอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการส่งและการตัดกระแสไฟฟ้า วัสดุกราไฟท์ต่างๆ ที่ใช้ในแปรงถ่านมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีและทนต่อการสึกหรอ ซึ่งสามารถลดประกายไฟและส่วนโค้งในมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อเปลี่ยนแปรงถ่าน จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น การสึกหรอ ความยาว และรูปร่าง เมื่อระยะเวลาการใช้งานของมอเตอร์เพิ่มขึ้น แรงเสียดทานระหว่างแปรงคาร์บอนกับโรเตอร์จะทำให้แปรงคาร์บอนสึกหรอในระดับหนึ่ง การสึกหรอของแปรงถ่านจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและความเสถียรของมอเตอร์
โดยทั่วไป เมื่อแปรงถ่านปรากฏขึ้น: ควรเปลี่ยนเมื่อ:

1. การสึกหรออย่างรุนแรง (น้อยกว่า 1/3 ของความยาวเดิม)
2. ความเสียหายร้ายแรง
3. พื้นผิวสัมผัสระหว่างแปรงคาร์บอนและแหวนสลิปน้อยกว่า 70% ดังนั้นควรเปลี่ยนแปรงคาร์บอนด้วยอันใหม่ หากความยาวของแปรงถ่าน หากสั้นเกินไปอาจทำให้โรเตอร์เข้าถึงไม่ได้ซึ่งจะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลไม่ราบรื่นและส่งผลต่อการทำงานปกติของมอเตอร์
นอกจากนี้ หากแปรงคาร์บอนชำรุดหรือผิดรูป อาจเกิดการสัมผัสที่ไม่ดี และต้องเปลี่ยนแปรงคาร์บอนใหม่ สถานการณ์การใช้งานและความถี่ในการใช้งานที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อความถี่ในการเปลี่ยนแปรงถ่าน หากกระแสไฟฟ้าไม่เสถียรหรือมีเสียงรบกวนผิดปกติเกิดขึ้นระหว่างการใช้งานอุปกรณ์ก็อาจเป็นสัญญาณได้เช่นกันเปลี่ยนแปรงคาร์บอน