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Spazzole & porta spazzole


Nei motori elettrici, la tensione di alimentazione non sempre è fornita direttamente su delle morsettiere i cui morsetti fanno capo direttamente agli avvolgimenti, ma può capitare di trovare le connessioni che fanno capo a dei portaspazzole, che attraverso le spazzole realizzano la presa di corrente su di un collettore in forma di contatti striscianti. Questo tipo di connessione in genere interessa i motori in corrente continua, ma sono utilizzati anche in particolari motori in corrente alternata, il caso dei motori asincroni con rotore avvolto (es. motore asincrono Schrage), ed anche in sistemi di alimentazione di parti di macchine rotanti(collettore). L’elemento principale di questo sistema di alimentazione è la spazzola in genere costruita con materiale a base di carbone.



Questi elementi in carbone per uso elettrotecnico vengono realizzati con una miscela di differentiqualità di carboni artificiali (coke di carbone fossile, coke di petrolio e di catrame, carbone di storta, nero fumo, grafite artificiale) o di antracite, a mezzo di finissima polverizzazione, con sostanze agglomeranti tipo il catrame e la pece di catrame opportunamente mescolati in mescolatori riscaldati.

La mescola cosi ottenuta viene successivamente compressa in apposite muffole e trafilata e quindi stampata a caldo in forme e dimensioni differenti. In un ulteriore trattamento i prodotti ottenuti vengono calcinati per circa quaranta giorni in appositi forni con temperature fino a 1500°C , eliminando così eventuali elementi volatili e trasformando in carbone anche l’agglomerante ed una parte del carbone si grafitizza migliorando così la sua conduttività.


Le spazzole cosi realizzate, si presentano di colore grigio scuro e con una durezza che varia a seconda della contenuto di grafite, hanno un coefficiente di temperatura negativo, ovvero la loro resistività diminuisce all’aumentare della temperatura. Le caratteristiche elettriche, meccaniche e termiche di questi elementi varia in funzione della qualità di carbone con cui sono realizzati, con cui si ottengono le diverse tipologie:

Spazzole in carbone duro – ottenute dalla distillazione di carboni fossili o di petrolio, finemente polverizzati con agglomerati catramosi, dai quali poi si ottengono dei pani da cui si ricavano i pezzi di forma e dimensioni volute cotti poi in forno a circa 1200°C.
Spazzole in carbone grafitato – come i precedenti ma con forno a temperatura di 1500°C, sono più tenere dei precedenti ed hanno una minore resistività.

Spazzole in grafite – si ottengono con lo stesso procedimento dei primi partendo però dalla grafite naturale, hanno la caratteristica di essere tenere ed avere una buona proprietà lubrificante.

Spazzole in elettrografite – sono costituite da grafite purissima e si ottengono dalle spazzole di carbone duro per trattamento in forno a 2000°C, hanno una buona resistenza meccanica, buona conducibilità e buona proprietà lubrificante.
Spazzole in metalgrafite o in metalcarbone – si ottengono da un agglomerato di grafite o carbone con polveri finissime di rame o bronzo, ed hanno a seconda della proporzione delle polveri metalliche differenti proprietà di durezza e conduttività per differenti applicazioni.


I valori di resistività dei tipi di materiali per spazzole varia entro larghi limiti a causa dei processi di fabbricazione, di seguito alcuni valori (orientativi) ...

(Costruzione Elettromeccaniche-Sansoni-G Rago)|-
Materiale Ωmm2 / m
carbone duro 40 - 80
carbone grafitato 18 - 30
grafite 40 - 120
elettrografite 15 - 45
metal carbone o metalgrafite 0,2 - 12



Il coefficiente di temperatura negativo che caratterizza le spazzole a base di carbone, determina l’aumento di conduttività con l’aumentare della temperatura, pertanto la dove sia necessario utilizzare più spazzole collegate in parallelo è necessario che queste siano tutte dello stesso tipo (conduttività), evitando così che una differente spazzola possa surriscaldarsi assorbendo maggiore intensità di corrente e il conseguente rischio di bruciare.
Altro elemento da considerare è la densità di corrente (gli ampere per cm3) che non devono superare certi limiti, e variano a seconda del tipo di spazzola e della sua sezione, può aumentare per lo stesso tipo di spazzola col diminuire della sua sezione perché sezioni più piccole offrono superfici di raffreddamento maggiori. Si può pensare quindi che una buona soluzione sia quella di utilizzare più spazzole di piccola sezione per avere una migliore presa di corrente, in modo da offrire un appoggio migliore sulle lamelle del collettore con le piccole dimensioni delle spazzole così da poter seguire meglio le disuguaglianze della superficie del collettore.
Altro aspetto importante è quello di prevenire l’usura delle lamelle del collettore cercando di offrire una lubrificazione della superficie, o a mezzo di spazzole impregnatecontenenti già del lubrificante (vasellina o paraffina o grafite).
Nella parte opposta alla superficie di sfregamento, le spazzole sono realizzate con una superficie ramata o a volte stagnata, con lo scopo di garantire un miglior passaggio dell’intensità di corrente, per il collegamento al morsetto portaspazzole, il collegamento avviene a mezzo di una o più trecciole di rame che dovranno essere sufficientemente flessibili per consentire alla spazzola di muoversi liberamente, e di adeguata sezione in modo da offrire una densità di corrente non troppo forte (5-6 A/mm2) affinchè la treccia non riscaldi eccessivamente. Le dimensioni delle spazzole, unificate, sono quelle di seguito rappresentate ed espresse in mm.




Le guide portaspazzole, assolvono il compito di supportare le spazzole fornendo il giusto assetto rispetto al collettore, le tipologie sono diverse e numerose in breve a seguire alcune rappresentazioni.
Di seguito è rappresentato un portaspazzole di tipo radiale comune in piccole dinamo, l’asse di guida (00) è normale alla superficie di sfregamento. E’ costituito da una scatola (A) supportata da un braccio in lamiera di ottone (B) che si può spostare intorno ad un perno p. La spazzola contenuta nella scatola, munita di treccia di rame e a mezzo di una guarnizione è pressata sul collettore da un dito (d) teso da una molla (m), ed attraverso la flessibile treccia di rame si assicura il collegamento elettrico fissato al braccio (B) a mezzo di un bullone (V) che serve a serrare il portaspazzole contro l’alberello (p) che a sua volta risulta fissato alla lanterna portaspazzole.



In questo altro tipo di portaspazzole, si ha sempre l’asse di guida normale alla superficie di sfregamento, ma la pressione sulla spazzola è realizzata da una molla (m) a spirale ed un ulteriore molla (m1) registrabile a mezzo di una ruota dentata con nottolino.



I portaspazzole visti in genere sono utilizzati nei casi in cui il senso di rotazione della macchina possa invertirsi, nel caso in cui il senso di rotazione sia unico si utilizzano portaspazzole detti a reazione.



In questo tipo di portaspazzole l’asse di guida della scatola è inclinato di un certo angolo (55°-60°) sul piano tangente alla superficie di sfregamento, e la molla preme direttamente sulla spazzola, senza l’ausilio del dito a pressione o del braccio articolato. Grazie alla pressione esercitata dalla molla, e dato l’angolo di cui è inclinato l’asse, poggia contro la parete anteriore (a,b) della scatola, ed a favorire l’appoggio la testa della spazzolaviene tagliata in senso obliquo.
Nei portaspazzole, le scatole guida sono avvicinate il più possibile alla superficie del collettore, per immobilizzare meglio le spazzole e facilitare la dispersione del calore che si genera con la superficie di sfregamento.

Ringraziamenti

ad admin per lo spazio messo a disposizione, e DarwinNE per la disponibilità resa di FidocadJ che rende piacevole la realizzazione dei disegni ...icon_wink.gif
PS.@ DarwinNE - FidocadJ 0.24.6 beta, crashtest superato ...icon_mrgreen.gif


Riferimenti

-FidocadJ 0.24.6 Beta
-FidocadJ 0.24.5
-Costruzione Elettromeccaniche – ed. Sansoni - G. Rago-1979-
-Wikipedia - carbone
-Wikipedia - calcinazione
-Wikipedia - grafite

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Commenti e note

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di ,

Grazie, Guerra, sebago, PaoloLiutaio, Paolino troppo buoni; del resto sono dei disegni di vecchie tavole ingiallite come ha corrattamente osservato il carlomariamanenti ... ... il merito è tutto di FidocadJ...

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di ,

Bravo mir, come sempre un lavoro ben fatto!

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di ,

Articolo ben fatto e molto interessante. L'ho letto davvero molto volentieri!

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di ,

Perdinci Mariano, quelle tavole ci sarebbe da stamparle e appenderle a mo' di quadretti d'autore. Sei un mago, Davide e tutti noi siamo fieri di te.

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di ,

Bravo Mariano, mi associo a quanto detto da Carlo

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di ,

Grazie Carlo. Hai ben detto grande lo strumento e grande Davide che lo ha realizzato, noi lo si utilizza e basta.

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di ,

Bello l'articolo, bellissime le tavole: sarà per la gialla luce sel sole che rimbalza sullo schermo che mi sembra di leggere un vecchio volume disegnato a mano. Avvicino il tablet al naso ma non sento l'odore della carta e dell'inchiostro, osservo meglio e vedo la nota di FidocadJ. Grande lo strumento e grande Davide che lo ha realizzzato, ma sopratutto grande Mariano e la sua maestria nel realizzare queste Opere.

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