แปรงถ่าน (Carbon Brush) คือตัวสัมผัสกับคอมมิวเตเตอร์ หรือเป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่นำกระแสไฟฟ้าบน Commutator หรือ SlipRing แปรงถ่านทำหน้าที่รับแรงดันไฟตรง จากแหล่งจ่าย และจ่ายผ่านไปยัง Commutator หรือ SlipRing เพื่อใช้ในการต่อวงจร
ชนิดของแปรงถ่าน สามารถแบ่งตามประเภทได้ดังนี้
หลักๆมี 5 ชนิด (แต่ขนาดของมันมีมากทั้งเล็กและใหญ่ ขึ้นอยู่กับขนาดของ เครื่องจักร)
- Metal graphite ทำจากกราไฟต์ซึ่งมีส่วนผสมของทองแดง แปรงถ่านประเภทนี้สามารถที่จะรับกระแสต่อตารางนิ้วได้มากว่าประเภทอื่น (70-160 แอมป์/ต.ร.นิ้ว) (ขึ้นอยู่กับทองแดงที่ผสมอยู่ว่ามีมากน้อยเพียงใด) และเหมาะกับงานประเภท Slip Ring และ Commutator
- Carbon graphite ทำจาก Petroleum Coke มี Graphite ผสมอยู่ด้วย สำหรับแปรงถ่านประเภทนี้มีคุณสมบัติที่ลื่น มันจึงเหมาะกับงานประเภท Commutator หรือ Generator
- Natural graphite ทำจาก Graphite ธรรมชาติ มีคุณสมบัติที่อ่อนและลื่น จึงเหมาะกับงาน เครื่องจักร Slip Ring ที่มีความเร็วรอบสูงๆ ครับ
- Resin Bonded graphite ทำจากผง Graphite มี Resin เป็นตัวประสานให้ผง Graphite เกาะกันแน่นยิ่งขึ้น คุณสมบัติของแปรงถ่านชนิดนี้ มีค่าความต้านทานทางไฟฟ้าสูงมาก รับกระแสไฟฟ้าได้ไม่เกิน (70 แอมป์/ต.ร.นิ้ว)
- Electrographite แปรงถ่านชนิดนี้ ทำมาจาก Petroleum Coke ซึ่งจะผ่านการเผาด้วยเตาไฟฟ้า เผาจนสารเปลี่ยนสถานะเปลี่ยนรูปเป็น Graphite มันจึงมีคุณสมบัติในการหล่อลื่นที่ดีลดแรงเสียดทานได้ดี ประมาณ (70-90/140 แอมป์/ต.ร.นิ้ว) และมีการ Cooling ( การระบายความร้อน ) ที่ดีมาก มันจึงลดการสึกกร่อนของ Commutator และ Slip Ring ได้เป็นอย่างดี
การแบ่งประเภทต่างๆของแปรงถ่านกับการใช้งาน
- Industrial Brush
- Automotive Starter Brush
- Automotive Alternator Brush
- Powertool & Home Appliance Carbon Brush
- Graphite Products ( graphite bushings,ring bearings )
แปรงถ่านทั่วไปมาดัดแปลงใช้กับเครื่องจักร
มีครับ เพราะวิศวกร ได้ออกแบบเครื่องจักรมา เขาจะต้องคำนึงถึงค่า Losses ( ค่าการสูญเสีย ) หรือค่าความต้านทานของแปรงถ่าน เครื่องจักรเอาไว้แล้วครับ และแปรงถ่านก็คือ หนึ่งในตัวแปรที่ทำให้เกิด Losses และอีกอย่าง แปรงถ่านแต่ละชนิด มันก็ทำให้เกิด Losses หรือค่าความต้านทานไม่เท่ากัน ทั้งการสึกกร่อนของแปรงถ่าน ก็ไม่เหมือนกัน
การเลือกเกรดของแปรงถ่าน
ควรจะเลือกใช้เกรดเดิมที่ติดมากับตัวมอเตอร์ แต่บางครั้งการที่เราต้องใช้แปรงถ่าน เกรดเดิมตามผู้ผลิตก็ไม่ดีนัก เนื่องจากปกติผู้ผลิตจะออกแบบ แปรงถ่านให้ใช้งานที่สภาวะ full load ซึ่งแตกต่างกับใช้งานจริง ไม่มีใครใช้งาน full load ตลอดเวลาครับ อย่างเก่งก็ 50-80% และมอเตอร์แต่ละตัวจะออกแบบ ให้เหมาะกับสิ่งแวดล้อมของงานแต่ละประเภท เช่น อุตสาหกรรมเหล็ก อุตสาหกรรมปิโตรเคมีฯลฯ ถ้าไม่มีเหตุจำเป็นไม่ควรเปลี่ยนเกรด
เมื่อใส่แปรงถ่านชุดใหม่ต้องขัดหน้าแปรงถ่าน ให้ได้เกือบ 100% ( แต่ปกติทางผู้ผลิตจะทำ Rให้กับลูกค้าอยู่แล้วตามตัวอย่าง หรือตามแบบของลูกค้า ) และเป็นการเพิ่มการจับหน้าสัมผัสให้ต่อเนื่อง และเป็นการเตรียมตัวให้พร้อมรับภาระโหลดหนักๆ ได้เพราะเวลามอเตอร์หมุนเร็วๆ หน้าแปรงถ่านจะสัมผัสคอมมิวน้อยมาก เพราะเกิดการยกตัวของแปรงถ่านกับ คอมมิวเตเตอร์ หรือ สลิปริง
การดูแลแปรงถ่าน
ทำความสะอาดทุกๆ 3 เดือน โดยการใช้เครื่องเป่าฝุ่นในซองของแปรงถ่านและภายในตัวมอเตอร์ให้สะอาด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาวะแวดล้อมการใช้งานต่างๆ อีกด้วยครับ จะสามารถดูแลแปรงถ่านได้ง่าย และเลือกเกรดแปรงถ่านได้ถูกต้อง คอมมิวเตเตอร์ หรือ สลิปริง จะได้ไม่มีปัญหาครับ
สิ่งที่ต้องทำหลังจาก 1,500 ชม. หรือประมาณ 3 เดือน
- ทำความสะอาดภายใน มอเตอร์ ด้วยเครื่องดูดฝุ่นพร้อมกับการเช็ดถูสิ่งสกปกออก
- ตรวจดูจุดต่อสายไฟ รวมทั้งสายไฟของแปรงถ่าน ว่าขาดหรือเปลี่ยนสีหรือไม่
- แปรงถ่านสึกหรอผิดปกติหรือไม่ การเคลื่อนขึ้นลงของแปรงถ่านสะดวกหรือไม่
- ดูความเรียบร้อยของแปรงถ่าน และ คอมมิวเตเตอร์ หรือ สลิปริง
- ดูความเรียบร้อยของสปริงกดแปรงถ่าน ว่าแรงกดยังใช้ได้อยู่หรือไม่ โดยปกติจะใช้เครื่องวัดแรงกดสปริง
สปริงที่ได้รับความร้อน สาเหตุหลักมาจาก กระแสไฟวิ่งผ่านสปริงลงแปรงถ่านนาน สปริงจะร้อนเหมือนฟิวส์ รวมถึงหน้าคอมมิวสึกเบี้ยวมากทำให้ สปริงอ่อนล้าได้ฯลฯ
การวัดแรงกดสปริง
ใช้ Load Cell Spring Tester หรือ แบบตราชั่งดิจิตอลก็ได้ครับ เพราะสะดวกและรวดเร็ว
การตั้งซองของแปรงถ่าน
ปกติระยะความห่างนั้นกำหนดไว้ประมาณ 5 mm. จากหน้าคอมมิวเตอร์ มีความจำเป็นต้องเช็คทุกครั้งที่มีการซ่อมบำรุง
การสึกหรอของแปรงถ่าน
มีหลายสาเหตุมากครับ- ความผิดปกติของ Commutator
- ความผิดปกติของ ชุดซองถ่าน (สปริง+ซองถ่าน+แปรงถ่าน)
- การตั้งแนวแปรงถ่าน (Neutral Line มีการ Spark รวม )
- สภาพแวดล้อมของ Motor (ลม ฝุ่น น้ำมัน+จารบี ตัววัตถุดิบของโรงงาน)
- ความสั่นสะเทือนของมอเตอร์ และ load ต่างๆ
- ส่วนการวัดสปริงกดถ่านใช้การวัดค่าkโดยตราชั่งได้
- ปัญหามาจากสปริงค่อนข้างน้อยครับ
**ควรจะวิเคราะห์ทีละปัญหาโดยดูจากลักษณะการสึกของถ่านแต่ละซอง**
ลองตรวจสอบดังต่อไปนี้
- ถ้าใน Brush Arm เดียวกันมีการสึกที่ไม่เท่ากัน ปัญหาน่าจะเกิดจากสปริงกดถ่าน
- ถ้าใน Brush Arm เดียวกันสึกเท่ากัน แตกต่างจาก Brush Arm อื่น ปัญหาน่าจะเกิดจากโรเตอร์ไม่ได้ศูนย์กลาง / **เช็คศูนย์และแก้ไข**
- กระแสที่ไหลผ่าน แต่ละ Brush Arm ไม่เท่ากัน /เช็คกระแสและความต้านทานรอยต่อของขดลวดโดยเฉพาะสายที่ชอร์ต ระหว่างขั้วเดียวกัน ( Equalizer Cable )
ปัจจัยที่ส่งผลต่อแปรงถ่าน และ Commutator
- การ Sparking
- ซองแปรงถ่าน
- แปรงถ่านติดในซองถ่าน
- ก้านกดหัวแปรงถ่านติดขัด
- การสึกหรอของแปรงถ่าน
- หน้า Commutator ที่มักเปื้อนคราบน้ำมัน
- หน้าสัมผัสแปรงถ่านเป็นรอยขีดข่วน
- ไมก้าโผล่
- การสั่นสะเทือน
SPARKING
ประกายไฟที่เกิดขึ้นบางครั้ง ก็มาจากหน้าแปรงถ่านไม่สัมผัสหน้า Comutater ถ้าแปรงถ่านสัมผัสหน้า Comutater ตลอดเวลา มันก็สามารถรับ Load เพิ่มขึ้นได้ โดยไม่เกิดการสปาร์ค หรือไม่เกิดขึ้นเลย
การสปาร์คจะเพิ่มจากจุดเล็กๆ มีหลายระดับ จะบอกถึงอันตราย ที่เกิดขึ้นกับ Motor เป็นลำดับ ถ้ามีการเกิดประกายไฟ เป็นจุดสีสม 3-4 จุด ถือ เป็นระดับไม่รุนแรง แต่ถ้าเกิดเต็มหน้าตัดแปรงถ่าน และถ้าระดับสีของประกายไฟเปลี่ยนเป็นสีขาว และเขียวแล้ว แสดงว่าต้องหยุดเพื่อซ่อมแซมหน้า Commutator บางครั้ง Convertor หรือทรานซิสเตอร์ ไดโอด และอุปกรณ์ Supply ต่างๆก็ก่อปัญหาประกายไฟที่แปรงถ่านได้
***ปัญหาส่วนหนึ่งที่ทำให้ เกิดการสปาร์ค ก็มีสาเหตุมาจาก แปรงถ่าน***
วิธีที่จะสังเกตว่าแปรงถ่านมีการใช้งานผิดปกติหรือไม่ดูได้จาก
- การสปาร์ค ที่เกิดขึ้นบริเวณหน้าแปรงถ่านกับ หน้าคอมมิว มีการรสปาร์คหรือไม่ ปัญหาส่วนหนึ่งที่ทำให้ เกิดการสปาร์ค ก็มีสาเหตุมาจาก แปรงถ่าน
- ถ้าไม่เกิดการสปาร์ค แปรงถ่านมีการสึกเร็วกว่าปกติหรือไม่ และถ้าสึกเร็วกว่าปกติ ต้องมีสิ่งผิดปกติ เกิดขึ้นอาจจะเป็นที่
2.1 แปรงถ่าน
2.2 หน้าคอมมิว
2.3 กระแสไฟสูงเกินก็มีผลให้แปรงถ่านมีการสึกเร็วกว่าปกติได้ครับ