Щёточно-коллекторный узел

Щёточно-коллекторный узел - узел электрической машины, обеспечивающий электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щёток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору).

Коллектор со следами износа (показан стрелкой)

В коллекторном электродвигателе щёточно-коллекторный узел одновременно выполняет две функции:

• является датчиком углового положения ротора (датчик угла) со скользящими контактами и
• переключателем направления тока со скользящими контактами в обмотках ротора в зависимости от углового положения ротора.

В бесколлекторных электродвигателях постоянного тока (вентильный электродвигатель) электронным аналогом щёточноколлекторного узла является датчик положения ротора и электронный переключатель направления тока в обмотках статора (инвертор).

В генераторах также одновременно выполняет две функции: является датчиком углового положения ротора со скользящими контактами и переключателем направления тока со скользящими контактами на токосъёмах (щётках) в зависимости от углового положения ротора, т. е. является механическим выпрямителем.

В бесколлекторных генераторах постоянного тока (синхронный генератор) обе функции — и датчика углового положения ротора (по направлению и величине ЭДС), и переключателя направления тока на выходных зажимах (по направлению и величине ЭДС) выполняет неуправляемый выпрямитель на диодах.

Кроме того, до середины ХХ в. широкое распространение имели механические выпрямители, т.е. коллекторы, которые вращались синхронными двигателями для выпрямления сетевого напряжения. Применялись для мощных потребителей, устанавливались на тяговых подстанциях железных дорог и, иногда, трамвая.

Недостатки

Щёточно-коллекторный узел является одной из наименее надёжных частей электрических машин, поскольку скользящие контакты интенсивно изнашиваются от трения. Для профессионального электроинструмента, например, щётки являются расходным материалом. По этой причине с точки зрения надёжности предпочтительны двигатели без щёточно-коллекторного узла — вентильный электродвигатель и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Щеточный контакт при нормальных условиях работы вызывает наиболее большое число отказов в работе электрических машин. Например, для коллекторных машин постоянного тока в среднем 25% отказов приходит из-за выхода из строя щеточно-коллекторного узла (в транспортных установках доля таких отказов достигает 44...66%)^[1].

Примечание

Часть щёточно-коллекторного узла щётка получила своё название от ранних конструкций, в которых действительно была похожа на щётку из множества гибких проволочек. В настоящее время изготавливается в виде бруска из графита или другого токопроводящего материала с малым удельным сопротивлением и малым коэффициентом трения.

См. также

• Контактные кольца

Примечания

1. ↑ Бут Д. А. Глава 1. Общие сведения о бесконтактных электрических машинах // Бесконтактные электрические машины / Под ред.. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 9. — 416 с. — ISBN 5-06-000719-7

Ссылки