เรื่องแปรงถ่าน

วันนี้เราจะมาพูดถึงแปรงถ่านสำหรับเครื่องมือไฟฟ้ากัน แปรงถ่าน (Carbon brush) หรือเรียกอีกอย่างว่าแปรง เป็นตัวสัมผัสแบบเลื่อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิด วัสดุที่ใช้ทำแปรงถ่านส่วนใหญ่ได้แก่ กราไฟต์ กราไฟต์เคลือบ และกราไฟต์ผสมโลหะ (ที่มีทองแดงและเงิน) คุณมีแปรงถ่านเพียงพอที่จะใช้ในกล่องหรือไม่?

📍 ฉันต้องเปลี่ยนแปรงถ่านเมื่อไหร่?
① ประกายไฟมีขนาดใหญ่ แสดงว่าแปรงถ่านไหม้พื้นผิวสัมผัสของโรเตอร์ ให้ถอดออกแล้วขัดด้วยกระดาษทราย สถานการณ์ประกายไฟอาจเกิดจากทองแดงในตัวแปลงโรเตอร์สึกหรอ ทำให้เกิดประกายไฟลัดวงจรขนาดใหญ่ และประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าลดลง
② หมุนไม่ได้ แสดงว่าแปรงถ่านหมดแล้ว
(3) ทั้งสองกรณีข้างต้น คือ แปรงถ่านแบบสปริง แรงดันสปริงเดี่ยวไม่เพียงพอ ส่งผลให้แปรงถ่านและโรเตอร์สัมผัสกันไม่แน่น ทำให้เกิดประกายไฟลัดวงจร จำเป็นต้องดึงลวดทองแดงของแปรงถ่านออก และเพิ่มสปริง 2 ตัว
(4) แผ่นทองแดงเหนือแปรงถ่าน แผ่นทองแดงที่ไม่มีตำแหน่งการ์ดใช้งานอยู่ การหมุนของแผ่นทองแดงทำให้ลวดทองแดงด้านบนแน่น แปรงถ่านไม่สามารถสัมผัสกับโรเตอร์ได้อย่างใกล้ชิด ประกายไฟมีขนาดเล็ก และจำเป็นต้องถอดออกและเขย่า

📍 วิธีการทำงานของแปรงถ่าน
มอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน มอเตอร์ทุกตัวประกอบด้วยสเตเตอร์และโรเตอร์ ในมอเตอร์กระแสตรง เพื่อให้โรเตอร์หมุน จำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทางของกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง มิฉะนั้นโรเตอร์จะหมุนได้เพียงครึ่งวงกลม ซึ่งเหมือนกับการปั่นจักรยาน เท้าข้างเดียวปั่นได้เพียงครึ่งวงกลม ดังนั้นมอเตอร์กระแสตรงจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทางของกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์ นั่นคือ ทิศทางของตัวนำกระแสไฟฟ้าต้องกลับทิศทาง การสลับกระแสของคอมมิวเทเตอร์คือ เมื่อตัวนำที่มีพลังงานถูกใส่เข้าไปในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อตัดสนามแม่เหล็ก ตัวนำจะถูกผลักออกจากสนามแม่เหล็กสถิต ซึ่งเป็นเพราะเส้นสนามแม่เหล็กถูกบีบอัดและเปลี่ยนรูปโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบตัวนำ และเส้นสนามแม่เหล็กพยายามที่จะเด้งกลับมาเป็นรูปทรงตรง ซึ่งเทียบเท่ากับการสร้างแรงดึงดูดและแรงผลักเพื่อให้มอเตอร์หมุน คอมมิวเทเตอร์ประกอบด้วยส่วนครึ่งวงกลมสองส่วนที่คั่นด้วยวัสดุฉนวน ส่วนประกอบทั้งสองจะหมุนไปเชื่อมต่อกับแปรงถ่านตามลำดับ และแปรงถ่านจะเชื่อมต่อกับส่วนของคอมมิวเทเตอร์ที่ตรงกับแรงขับเคลื่อนซ้ำๆ ทำให้มอเตอร์หมุนวนเป็นรอบ

📍 ปัญหาที่พบในการเปลี่ยนแปรงถ่านและวิธีแก้ไข
ปัญหา: 1. แปรงถ่านสึกหรออย่างรุนแรง
เหตุผล:
ก. อิทธิพลของวัสดุแปรงถ่าน แปรงถ่านแต่ละรุ่นและแต่ละผู้ผลิตมีโครงสร้างส่วนประกอบที่แตกต่างกัน อัตราการสึกหรอจึงแตกต่างกันด้วย ดังนั้น เมื่อเปลี่ยนแปรงถ่าน ควรเลือกแปรงถ่านจากแบรนด์เดียวกัน
B. ความเรียบของพื้นผิววงแหวนสลิป ยิ่งความเรียบของพื้นผิววงแหวนสลิปสูงเท่าไร ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานก็จะยิ่งน้อยลง และอัตราการสึกหรอของแปรงถ่านก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น
C. ผลกระทบของแรงดันสปริง แรงดันสปริงที่มากเกินไปจะทำให้การสึกหรอของแปรงถ่านเพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน หากแรงดันสปริงน้อยเกินไป แม้ว่าแรงเสียดทานระหว่างแปรงถ่านกับวงแหวนลื่นจะน้อย แต่การสัมผัสที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดประกายไฟ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์เช่นกัน
D. ผลกระทบของกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว สำหรับแปรงถ่านกราไฟต์ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแปรงถ่านด้านบวกจะมีค่ามากกว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแปรงถ่านด้านลบ ดังนั้น การสึกหรอของแปรงถ่านด้านบวกจึงมากกว่าการสึกหรอของแปรงถ่านด้านลบ และการสึกหรอของวงแหวนสลิปด้านบวกก็มากกว่าวงแหวนสลิปด้านลบด้วย
วิธีแก้ปัญหา:
1. เพิ่มประสิทธิภาพการหล่อลื่นของแปรงถ่าน รวมถึงการหล่อลื่นในตัวและการหล่อลื่นบนพื้นผิวของแปรงถ่าน ตลอดจนวัสดุหล่อลื่นที่เพิ่มเข้ามาซึ่งทนต่ออุณหภูมิสูง
2. เพิ่มเสถียรภาพคุณภาพของแปรงถ่าน
3. เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของแปรงถ่านและคอมมิวเทเตอร์ (คอมมิวเทเตอร์)
4. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสปริงมีความเสถียรในการใช้งาน

ปัญหาที่ 2: ไฟไหม้แปรงถ่าน
เหตุผล:
ก. เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแปรงถ่านมากเกินไป;
B. เนื่องจากการ์ดคาร์บอนที่มีคุณสมบัติฝาด ทำให้เกิดการสัมผัสกับวงแหวนสลิปเป็นระยะๆ
วิธีแก้ปัญหา:
1. ให้ความสำคัญกับการเลือกแปรงถ่านที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมกับรุ่น
2. เพิ่มประสิทธิภาพการหล่อลื่นตัวเองและการหล่อลื่นพื้นผิวของแปรงถ่าน รวมถึงเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิสูงของวัสดุลดการสึกหรอที่เติมเข้าไป

ปัญหาที่ 3: อุณหภูมิของแปรงถ่านสูงเกินไป
เหตุผล:
ก. ระบบกระตุ้นไฟฟ้าทำงานเกินกำลัง
B. พื้นผิวสัมผัสระหว่างแปรงถ่านและวงแหวนสลิปมีขนาดเล็ก
ค. คุณภาพของแปรงถ่านเอง
วิธีแก้ปัญหา:
1. ให้ความสำคัญกับการเลือกแปรงถ่านที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมกับรุ่น
2. เพิ่มประสิทธิภาพการหล่อลื่นตัวเองและการหล่อลื่นพื้นผิวของแปรงถ่าน รวมถึงเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิสูงของวัสดุลดการสึกหรอที่เติมเข้าไป
3. ให้ความสำคัญกับการเลือกแปรงถ่านที่มีคุณภาพคงที่

ปัญหา: 4. แปรงถ่านเสียหายอย่างหนัก
เหตุผล:
ก. อุณหภูมิแปรงถ่านสูง;
ข. แปรงถ่านไม่ได้ถูกขัดเงาอย่างดี
ค. ตัวเครื่องสั่นมาก และแปรงถ่านติดอยู่ในที่ยึดแปรงถ่าน
D. คุณภาพของแปรงถ่านไม่ดี
วิธีแก้ปัญหา:
1. ให้ความสำคัญกับการเลือกแปรงถ่านที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมกับรุ่น
2. เพิ่มประสิทธิภาพการหล่อลื่นตัวเองและการหล่อลื่นพื้นผิวของแปรงถ่าน รวมถึงเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิสูงของวัสดุลดการสึกหรอที่เติมเข้าไป
3. เลือกแปรงถ่านที่มีคุณภาพดีและเสถียร

ปัญหา: 5. แปรงถ่านกระโดด
สาเหตุ: แปรงถ่านแตกเป็นชิ้นเล็กๆ ตกลงไปในที่ยึดแปรง หรืออาจมีสาเหตุอื่นๆ
วิธีแก้ปัญหา:
1. ให้ความสำคัญกับการเลือกแปรงถ่านที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมกับรุ่น
2. เลือกแปรงถ่านที่มีคุณภาพดีและเสถียร
3. เพิ่มประสิทธิภาพการหล่อลื่นตัวเองและการหล่อลื่นพื้นผิวของแปรงถ่าน รวมถึงเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิสูงของวัสดุลดการสึกหรอที่เติมเข้าไป