Из электроугольных изделий наибольшее применение имеют электрощетки, которые чаще всего называют просто щетками. Их мы рассмотрим более подробно.
Применяемые в настоящее время угольные электрощетки делятся на четыре основные группы: графитовые, угольно – графитовые, метало – графитовые и электрографитированные.
Графитовые щетки (марки 611М, Г3, Г6, ГМ, высокоомные и др.) изготавливают из натурального графита без применения (мягкие сорта) и с применением связующих. Графитовые щетки, получаемые без связующего, после прессования не подвергают спеканию (обжигу). При применении связующих веществ (смолы) отпрессованные графитовые щетки спекаются при температуре 1000 - 1000°С. В высокоомные графитовые щетки вводится резольная смола и после прессования они спекаются при температуре 200 – 400°С.
Графитовые щетки обладают мягкостью и при работе вызывают незначительный шум. Они могут применяться при окружных скоростях коллектора или колец от 12 до 40 м/сек, а натурально–графитовые – до 70 м/сек. Удельное электрическое сопротивление графитовых щеток колеблется в пределах от 15 до 40 Ом мм2/м, а у высокоомных от 200 до 1000 Ом мм2/м.
Высокоомные графитовые щетки применяются в машинах высокого напряжения. Остальные сорта графитовых щеток находят применение главным образом в машинах постоянного тока небольшой и средней мощности. Натурально – графитовые щетки применяют также в быстроходных турбогенераторах со стальными кольцами.
Допустимая плотность тока для всех графитовых щеток (за исключением высокоомных) 10-12 А/см2, для высокоомных 4 – 5 А/см2.
Угольно – графитовые щетки (марки Г-1, Г-2,Г-3, Т2,73, 79 и др.) изготавливают из графита с введением других углеродистых материалов (сажа, кокс) и связующих веществ (смолы, пеки). После прессования исходной смеси щетки (или их блоки) подвергают спеканию при температуре 1000 - 1200°С. Полученные щетки омедняются в электролитической ванне.
Угольно – графитовые щетки имеют повышенную твердость и механическую прочность. Они обладают некоторой абразивностью, т. е. могут сами очищать окисные пленки на коллекторах и кольцах, подверженных загрязнению (тяговые электродвигатели и др.). Эти щетки могут применяться при окружных скоростях коллектора или колец от 12 до 15 м/сек (твердые) и от 20 до 60 м/сек (средней твердости). Удельное электрическое сопротивление щеток равно 20 – 70 Ом · мм2/м, а допускаемая плотность тока 7 – 12 А/см2.
Угольно – графитовые щетки средней твердости находят применение в генераторах и электродвигателях небольшой и средней мощности. Щетки с повышенной твердостью применяют в электрических машинах с толчкообразной нагрузкой.
Металло – графитовые щетки (марки М–1,М – 3,МГ, МГ – 4,МГС- 5, МГС и др.) изготавливают из порошков графита и меди. В некоторые из них вводят еще порошки свинца (МГС), олова и серебра. В щетках с большой допустимой плотностью тока содержание меди доходит до 80 – 90%. Этим достигается уменьшение величины удельного электрического сопротивления щеток и малое падение напряжения.
Металло–графитовые щетки изготавливают прессованием порошкообразных смесей графита и металлов со связующими или без них. Отпрессованные щетки и блоки щеток спекают в печах при температуре 700 – 1000°С.
Эта группа щеток отличается малым удельным сопротивлением 1 – 6 Ом мм2/м и даже 0,03 – 0,12 Ом мм2/м. У щеток этой группы с пониженным содержанием меди (меньше 50%) удельное электрическое сопротивление достигает значений 6 – 12 Ом · мм2/м (М – 3). Допустимая плотность тока для щеток этой группы лежит в пределах от 12 до 20 А/см2.
Металло – графитовые щетки применяют при окружных скоростях от 15 до 35 м/сек в автомобильных и авиационных генераторах и электродвигателях, а также в синхронных машинах и в тяговых машинах с пониженным напряжением (рудничные электровозы).
Электрографитированные щетки (марки ЭГ – 2, ЭГ – 4, ЭГ – 8, ЭГ – 14 и др.) изготавливают из порошков графита и других углеродистых материалов (кокс, сажа) с введением связующих. После прессования и обжига (спекания) изделия поступают в электрические печи для графитизации. Процесс графитизации протекает при температуре 2500 -2600°С. При этом углерод исходных материалов переводится в графит. Обогащение изделий графитом приводит к повышению их механической прочности, а также к снижению удельного электрического сопротивления и абразивности щеток.
Электрографитированные щетки хорошо переносят толчкообразное изменение нагрузки и могут работать при больших окружных скоростях 40 – 70 м/сек.
Удельное электрическое сопротивление щеток этой группы равно 9 – 40 Ом мм2/м. Они применяются в электрических машинах средней и большой мощности, в машинах с изменяющейся нагрузкой и тяжелыми условиями коммутации тока, в тяговых электродвигателях и в быстроходных электрических машинах со стальными кольцами (ЭГ – 8). Эта группа щеток имеет самую большую область применения в электротехнике.
Из других электроугольных изделий следует отметить электроды для дуговых печей и электролизных ванн, сварочные электроды, аноды для ртутных выпрямителей, электроугольные контакты и контактные детали для подвижных токосъемных устройств электровозов, троллейбусов и т. п.
Электроугольные электроды очень стойки к электрической дуге. Они не горят, не плавятся и очень медленно окисляются при температуре около 3800°С.
Технология производства перечисленных изделий в основном не отличается от технологии изготовления щеток. Удельное электрическое сопротивление электродов находится в пределах 9 – 14 Ом мм2/м и 42 – 55 Ом мм2/м (угольно – графитовые).
Электроугольные контакты изготавливают из медно – графитовых и серебряно – графитовых электроугольных масс. Эти изделия отличаются малым удельным сопротивлением 0,01 – 0,05 Ом мм2/м и тем, что они не свариваются друг с другом и с металлическими контактами.
Контактные электроугольные детали изготавливают прессованием или выдавливанием через мундштук. Для повышения сопротивления истиранию готовые (спеченные) контактные изделия пропитывают свинцово – оловянными сплавами и другими металлами.
Кроме рассмотренных, существует целый ряд других видов электроугольных изделий (электроосветительные лучи, микрофонные порошки, подшипники скольжения и др.).