فرشاة (كهربائية)
الفرشاة أو فرشاة الكربون هي موصل كهربائي ، غالبًا ما يُصنع من الكربون المُجهز خصيصًا ، ينقل التيار بين الأجزاء الثابتة والدوارة (والأخيرة عادةً ما تكون عمودًا دوارًا ) في الآلة الكهربائية . [ 1 ] تشمل التطبيقات النموذجية المحركات الكهربائية والمولدات الكهربائية . يعتمد عمر فرشاة الكربون على مدى استخدام المحرك، ومقدار الطاقة المُمررة إليه . [ 2 ]
أصل الكلمة
لكي تعمل أنواع معينة من المحركات أو المولدات الكهربائية، يجب توصيل ملفات الدوار لإكمال الدائرة الكهربائية. في الأصل، كان يتم ذلك عن طريق تثبيت مبدل نحاسي أو نحاسي أصفر أو " حلقة انزلاق " على العمود ، مع نوابض تضغط على "فرش" من أسلاك نحاسية مضفرة على حلقات الانزلاق أو المبدل لتوصيل التيار. كانت هذه الفرش تُصدر شرارات كهربائية، بل وتلتحم أحيانًا، أثناء دوران المبدل، لأنها تُسبب قصرًا كهربائيًا في الأجزاء المجاورة.
كان الحل هو استخدام " فرش ذات مقاومة عالية " مصنوعة من الجرافيت (وأحيانًا مع إضافة النحاس). على الرغم من أن المقاومة كانت في حدود عشرات الميلي أوم، إلا أنها كانت مقاومة عالية بما يكفي لتوفير انتقال تدريجي للتيار من جزء من أجزاء المبدل إلى الجزء التالي.
تتوفر فرش الكربون بأربع فئات رئيسية: كربون الجرافيت، والكربون الكهربائي، والجرافيت، والجرافيت المعدني. [ 3 ] ولا يزال مصطلح "فرشاة" مستخدمًا. ونظرًا لتآكل هذه الفرش، يمكن استبدالها في المنتجات المصممة لتسهيل صيانتها.
خلال الحرب العالمية الثانية، كانت مولدات الطائرات التي تعمل على ارتفاعات عالية تعاني من تآكل سريع جداً للفرش، مما استلزم إعادة صياغة مركبات الفرش لضمان عمر تشغيلي مقبول.
يجري حاليًا تطوير فرش الألياف المعدنية. [ 4 ] قد تتمتع هذه الفرش بمزايا تفوق تقنية الفرش الحالية، ولكنها لم تشهد بعد انتشارًا واسعًا.
عملية التصنيع
خلط المكونات
يختلف التركيب الدقيق للفرشاة باختلاف التطبيق. يُستخدم مسحوق الجرافيت/الكربون عادةً. ويُستخدم النحاس لتحسين التوصيل الكهربائي (وهو أمر نادر في تطبيقات التيار المتردد). ولتحقيق أقصى قدر من التوصيل الكهربائي وقوة التماسك ، يُستخدم مسحوق النحاس عالي التفرع (الإلكتروليتي). [ 5 ] تُضاف مواد رابطة ، غالباً الفينول أو راتنجات أخرى أو القار ، للحفاظ على شكل المسحوق عند ضغطه. تشمل الإضافات الأخرى مساحيق المعادن ومواد التشحيم الصلبة مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂ ) وثاني كبريتيد التنجستن (WS₂ ) . يتطلب تحديد تركيبة فرشاة مناسبة لكل تطبيق أو محرك خبرة واسعة وبحوثاً مكثفة.
ضغط الخليط
يُضغط مركب الفرشاة في أداة تتكون من مكبس علوي وسفلي وقالب، على مكابس ميكانيكية أو هيدروليكية. في هذه المرحلة، وبحسب المعالجة اللاحقة، يُمكن إدخال سلك نحاسي (يُسمى سلك التوصيل) تلقائيًا عبر فتحة في المكبس العلوي وتثبيته في كتلة الفرشاة المضغوطة بواسطة المسحوق المضغوط حوله. تُسمى هذه العملية "الضغط"، وتُجرى عادةً باستخدام مسحوق النحاس الإلكتروليتي، وقد يُطلى بالفضة لبعض التطبيقات عالية الأداء. [ 6 ] بعد هذه العملية، تظل الفرشاة هشة للغاية، ويُطلق عليها في المصطلحات المهنية "الفرشاة الخضراء".
حرق الفرش الخضراء
يلي ذلك المعالجة الحرارية للفرش الخضراء في جو اصطناعي (عادةً من الهيدروجين والنيتروجين ). تصل درجات الحرارة إلى 1200 درجة مئوية . تُسمى هذه العملية بالتلبيد أو الخبز. خلال التلبيد، تحترق المواد الرابطة أو تتفحم، مُشكلةً بنية بلورية بين الكربون والنحاس والمواد المضافة الأخرى. [ 7 ] يلي الخبز عملية التغرافيت (المعالجة الحرارية). تُجرى المعالجة الحرارية وفقًا لمنحنى حراري مُحدد بدقة لكل خليط من المواد. إلى جانب تركيبة الخليط، يُعد المنحنى الحراري المُستخدم ثاني أهم "سر" لدى كل مُصنِّع للفرش. بعد المعالجة الحرارية، تُعدَّل بنية الفرشاة بطريقة تجعل تقليدها شبه مستحيل على الشركات المُنافسة.
العمليات الثانوية
يؤدي التلبيد إلى انكماش الفرش وانحنائها، لذا يجب صقلها للوصول إلى شكلها النهائي. تستخدم بعض الشركات معالجات إضافية لزيادة متانة الفرشاة، وذلك من خلال طرق مثل تشريب سطحها بزيوت وراتنجات وشحوم خاصة. [ 7 ]
يتطلب تصنيع فرش الكربون معرفة متعمقة بالمواد وخبرة في تركيبات الخلطات. ويمكن لتغييرات طفيفة جدًا في مكونات الفرشاة، بنسبة لا تتجاوز بضعة بالمئة من وزن المكونات، أن تُغير خصائصها بشكل ملحوظ في تطبيقاتها. ولا يوجد سوى عدد قليل من الشركات المتخصصة في تطوير الفرش على مستوى العالم، والتي تتخصص في الغالب في أنواع محددة منها.
تُعدّ فرش الكربون من أقلّ أجزاء المحرك الكهربائي تكلفةً. ومع ذلك، فهي عادةً ما تكون الجزء الأساسي الذي يضمن متانة المحرك وأدائه. ويتطلب إنتاجها عناية فائقة بمراقبة الجودة والتحكم في عملية الإنتاج في جميع مراحلها.
فرش معدنية سائلة
تُجرى الأبحاث بين الحين والآخر حول استخدام المعادن السائلة في التوصيلات الكهربائية. ومن عيوب هذا النهج ضرورة احتواء المعدن السائل (لأنه عادةً ما يكون سامًا أو أكّالًا) وفقدان الطاقة الناتج عن الحث والاضطراب.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ باترفيلد، أندرو جيه؛ شيمانسكي، جون، محرران. (2018). قاموس الإلكترونيات والهندسة الكهربائية . المجلد 1. مطبعة جامعة أكسفورد. doi : 10.1093/acref/9780198725725.001.0001 . ISBN 978-0-19-872572-5.
- ↑ topdealsonline (2020-09-17). "ما هو العمر الافتراضي لفرش الكربون في الأدوات الكهربائية؟" . أفضل العروض على الإنترنت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2020-10-06 .
- ↑ "ما هي فرشاة الكربون؟ : شركة ريبكو" .
- ↑ "فرش الألياف المعدنية وحلقات الانزلاق" . مؤرشف من الأصل في 10 مايو 2021.
- ↑ زانون، ماتيو؛ رامبين، إيلاريا؛ بريدا، أليساندرو؛ بورتولوتي، فرانشيسكو (2015-10-05). "سلوك التلبيد لمساحيق النحاس الإلكتروليتية والمذررة بالماء" .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - ↑ زانون، ماتيو؛ ناسواتو، ميركو؛ رامبين، إيلاريا؛ إتشيبيريا، جون؛ مارتينيز، آن مايتي (2014-09-23). "السلوك الموصل لمساحيق النحاس والنحاس المطلي بالفضة" .
{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal= - 1 2 mrcarbonbrush (2019-11-01). "كيف تُصنع الفُرَش؟" . Mrcarbonbrush . تم الاسترجاع في 2020-02-12 .
- موصلات الطاقة الكهربائية
- المحركات الكهربائية
- الاختراعات الاسكتلندية