תכנון מכונות זרם ישיר – חלק 1

תכנון מכונות זרם ישיר (direct current machines)

4.1 הקדמה

למרות שמכונות זרם ישיר (d.c.) יכולות לפעול כמנועים או גנרטורים, שימושם הנוכחי הוא כמעט באופן בלעדי כמנועים. השימוש הכמעט אוניברסלי של מערכות גנרטורים, הולכה והפצה מסוג A.C. (alternating current-  – זרם מתחלף) הוא בשל סיבות כלכליות כמו גם סיבות טכניות. בהווה, השימוש בגנרטורי d.c הינו מוגבל לכמה מפעלים מחוללי גיבוי (standby generating plants) קטנים המונעים בידי טחנות רוח וכמה יחידות אספקת כוח אל-פסק.

הירידה של גנרטורי d.c. כמקור אנרגיה חשמלית וההתפתחות של ממירים מוליכים למחצה נייחים (Static semiconductor converters) מהימנים וזולים השפיעה על הפופולריות של מנועי d.c. ביישומים תעשייתיים רבים. למרות זאת, מנועי d.c.  עדיין מחזיקים במקום חשוב בתחום של הנעה במהירויות משתנות (variable speed drives). השימושים התעשייתיים שלהם כוללים מפעלי גלגול (rolling mills- מפעל לעיבוד מתכות), עגורנים (מנופים) עיליים (overhead cranes), כמה כלים מכניים ויישומים אחרים הדורשים שליטה מדוייקת במומנט פיתול ((torque ו\או מהירות. הם משמשים גם ברכבים ומזלגות מונעי בטרייה )כמו milk floats[1]) ולהנעת קטרי רכבת. מנועי d.c. קטנים, בייחוד מסוג המגנט הקבוע (permanent magnet), משמשים בתדירות גובהה ברכבים ממונעים. מנועי מצת, מנועי מגבים, מנועי חלונות חשמליים, מנועי הגה כוח, מנועי המאוורר ומנועים בכדי להניע תוספות אחרות הם כולם מנועי d.c. מנועי d.c. ממוזערים מוצאים את מקומם בהרבה כלים ומכשירים ידניים המופעלים בבטרייה.

4.2 מפרט מבני

ניתן להתייחס למכונת הd.c. הקונבנציונלית כמורכבת משלושה רכיבים מזוהים: מערכת שדה (field system), עוגן ((armature ומחלף  ((commutator תרשים 4.1 מראה את המבנה הבסיסי של מכונת d.c.. מערכת השדה של מכונת הd.c. ממוקמת על הסטטור ( stator)  בעוד שעוגן ממוקם על הרוטור .(rotor)

יש לציין שהמונחים שדה ועוגן מתייחסים למעגלים חשמליים שהינם הכרחיים לביצוע תהליך המרת האנרגיה האלקטרו-מכנית. הסטטור ורוטור מתייחסים לחלקים הנייחים והמסתובבים של מתקן אלקטרומכני, בהתאמה.  במכונת d.c. רגילה (המרה מכנית-mechanically commutated[2] ) מערכת השדה ממוקמת על הסטטור והעוגן על הרוטור אך זה אינו הכרחי לרעיון של המרת אנרגיה. המיקום של שני נתיבי ההולכה הינו שמור בכמה עיצובים בלתי-רגילים (לדוגמא, במכונות המרה מכנית) ובמכונות מסונכרנות (synchronous machines).

(תרשים 4.1 0 מבנה של מכונת D.C)

מערכת השדה מספקת את ההמרצה למכונה. במקרה הכללי, מערכת השדה מורכבת מקטבים[3] ראשיים, קטבים ביניים (או קטבי המרה) או נתיבי הולכה מפצים (compensating windings). הקטבים הראשיים מתוכננים בכדי לספק  את השדה המגנטי הרציף הראשי ההכרחי לפעולת המכונה. קטבי הביניים, כאשר בשימוש, ממוקמים בין הקטבים הראשיים ומתוכננים בכדי לשפר את תנאי ההמרה במכונה. במקרים בהם מורכבים במכונה נתיבי הולכה מפצים פני הקוטב (של הקטבים הראשיים) מחורצים בכדי להתאים לנתיבי ההולכה. נתיבי הולכה מפצים משמשים בכדי לשפר את ההמרה באופן דומה לקטבים הביניים. יש לציין כי נתיבי הולכה מפצים הינם יקרים ביותר. שימושם במנועים קטנים מוגבל ליישומים המשלבים חילוף כיוון פתאומי והאצה גבוהה.

הקטבים שמרכיבים את מערכת השדה של מכונות d.c הם או מותאמים, או במקרה של מכונות קטנות מחוברים כחלק אינטגרלי של המחבר (סליל הטיהyoke- ) המספק את נתיב החזרה של קווי הזרם המגנטי.

תהליך המרת האנרגיה האלקטרומכנית מתרחש בעוגן. נתיבי ההולכה של העוגן של מכונות d.c. רגילות נמצא בחרכים אופקיים שנחתכו בגוף הרוטור המרובד (מלשון רבדים). החרכים לעיתים מלוכסנים במכונות קטנות בכדי להפיק פעולה שקטה יותר והפחתה קלה בהפסדים. אולם, ליכסון מוסיף לעלויות ייצור.

המחלף תמיד מורכב על, אך מבודד מפיר מכונת הd.c בקצה הלא מונע (non drive end). הוא מורכב מחלקי נחושת המבודדים אחד מן השני ומחוברים לסלילים של נתיבי ההולכה של העוגן. הזרם מועבר לחיבורי העוגן ע"י מברשות פחם המוחזקות כנגד פני המחלף בכוח קפיצים המותאמים למחזיקי המברשות. המחלף והמברשות מבצעים יישור מכני (a.c ל- d.c.) במקרה של גנרטורים  או הפיוך (d.c ל-a.c) במקרה של מנועים.

4.2.1 – הסטטור של מכונת d.c. מורכב מסליל ההטיה (yoke) (או ליבת הסטטור- stator core) הקטבים העיקריים הם קטבים המרה (commutating poles).

בנוסף להיותו חלק ממעגל מגנטי, סליל ההטיה כתמיכה מכנית למערכת השדה. באופן מסורתי, משתמשים סלילי הטיה מוצקים (solid yokes). במכונות מוקדמות יותר נעשה שימוש בסלילי הטיה מיציקה ברזל אחידה. הם הוחלפו על ידי סליל הטיה מיציקת פלדה. מאחר וליציקת פלדה יש ערך רווית צפיפות זרם (saturation flux density value) כפול בערך מיציקת-ברזל, השימוש ביציקת פלדה הוביל לירידה משמעותית בחתך הרוחב (cross section) של סליל ההטיה ובמשקל וגודל המכונה.

המגמה המודרנית היא להשתמש בסלילי הטיה מרובדים של לוחות פלדה. זאת מכיוון שמרבית המנועים התעשייתיים המודרנים מוזנים מממירי (converters) כוח סטטים אשרף בנוסף אספקה מבוקרת משתה, מפיקים זרמים הרמוניים במכונה.

באופן מסורתי, הקטבים הראשיים של מכונות d.c היו יציקה (cast), או בנפרד או כחלק אינטגרלי עם הסליל ההטיה, וזה הוא עדיין המקרה בכמה מכונות קטנות. בכמה מכונות גדולות יותר הנוהל היה, ועדיין בכמה מקרים, להשתמש בפרסות-קטבים (pole-shoes) מרובדות המחוברות לקטבים מוצקים (solid poles). הנוהל המודרני, אולם, הוא להשתמש בקטבים מרובדים לגמרי.

(תרשים 4.2 – (a) קוטב ממוסמר (riveted) ו(b) רובד קוטב-מרותך.

(תרשים 4.3 – מרכבי (a) קוטב ממוסמר ו(b) קוטב מרותך.

השימוש בקטבים מרובדים מאפשר טווח דרגות שיכולות להיות ממומשות באותו גודל מסגרת אך עם אורכי ליבה (core) שונים.

הריבוד שמשמש בקטבים מרובדים לגמרי מסופק עם או חורי מסמר (rivet holes) או חריצי/מסילות ריתוך (welding groves), כמודגם בתרשים 4.2. קטבים ממוסמרים מיוצרים על ידי הערמת הרבדים על מוטות פלדה ולחיצת כל המרכב בין דיסקיות פלדה. המוטות אז ממוסמרים וראשי המסמרים מרותכים. במקרה של קטבים מרותכים, אחרי לחיצת הרבדים הריתוך ישירות על המסילות (grooves). תרשים 4.3 מראה את מרכבי הקטבים הממוסמרים והמרותכים.

(תרשים 4.4 – רובד סטטור דו-קוטבי)

השיטה הנפוצה ביותר לחיבור קטבים לסלילי הטיה במכונות קטנות היא על ידי קדיחת והקשה (tapping) על הקטבים המורכבים בכדי לקבל ברגיי קוטב (pole bolts).

האורך המינימלי של סיבוב מתווך של סלילי שדה (mean turn of field coil) מושג כאשר חתך הרוחב של הקוטב הוא מעגלי. ניתן להשיג זאת במקרה של קטבים מיציקת פלדה. כאשר נעשה שימוש בקטבים מרובדים, אורך הסיבוב המתווך של סליל השדה הוא מינימום כאשר החתך הרוחבי של הקוטב הוא מרובע.

קטבי הביניים (interpoles) עשויים מפלדה מרובדת או מפלדה נמוכת פחמן. בכמה מכונות קטנות משתמשים בקטבי שמירת כיוון זרם (commutating poles) מפלדה נמוכת פחמן אחידה. בשני המקרים, משתמשים בקטבי ביניים מקבילי-צדדים (parallel- sided).

4.2.2 ריבוד הסטטור

ניתן לעמוד בדרישות של מכונות d.c. קטנות על ידי ייצור סטטורים מרובדים על ידי הערמת רבדים חתומים ( stamped lamination) בכדי לספק קוטב ראשי, קטבי-ביניים ובכמה מקרים, חריצים בכדי להכיל את נתיבי ההולכה המפצים (slots to accommodate the compensation windings). תרשימים 4.4 ו4.5 מראים ריבוד כזה למכונות דו-קוטביות וארבע-קוטביות, בהתאמה.

ריבוד מרובע המספק את סליל ההטיה, מסגרת\שלד (frame), קטבי-ביניים וקטבים ראשיים מוצג בתרשים 4.6. ריבוד כזה מתאים לבניית מכונות לא-ביתיות או למכונות עם מסגרות מרובעות. עם הפנייה לתרשים 4.6 ניתן לראות כי שחריצים מאונכים מסופקים בקטבי-הבינים. זה מאפשר הכנסה של קטעי מוט\בריח (bar sections) בגדלים שונים בכדי להתאים (adopt) את קטבי-הביניים למספר חריצי העוגן שבשימוש.

חורי מסמרים מסופקים בריבוד המוצג בתרשימים 4.4- 4.6, המאפשר בניית סטטורים ממוסמרים כמתואר לעיל.

עד למנועים במסגרת גודל 180 אפשרי בדרך כלל לנצל ריבוד בחתיכה אחת בכדי לייצר את הסטטור. לגדלים גדולים יותר, נעשה קשה למתוח את הסלילים (coils) על הסטטור המורכב.

זה מצריך את השימוש בריבוד נפרד של הקוטב הראשי, הקוטב נבנה וסליל השדה  מותאם אליו לפני שכל המרכב מוברג פנימה.

4.2.3 נתיבי הולכת שדה (field windings)

כאשר הקטבים הראשיים מוכנסים לרבדי הסטטור, סלילי השדה הראשי מלופפים ישירות על הקטבים, עם שכבות בידוד שמונחות בין גוף הקוטב ונתיב ההולכה. כאשר הקטבים נבנים מרבדים רופפים, או כאשר קטבי יציקת פלדה נמצאים בשימוש, סלילי השדה הראשי מלופפים על מעצבים formers) ) מתאימים, מבודדים ואז מותאמים על הקטבים. סידור סלילי הצורה-ליפוף (form-wound) מאפשר ניהול עבודות תיקון בקלות יחסית.

חוטי נחושת מעוגלים משמשים בדרך כלל במכונות d.c. קטנות. סלילי השדה הרציניים עשויים להיות מונחים מעל סלילי המיצד  shunt coils) ) או שאפשר לסדר אותם כנתיבי הולכה נפרדים. בכל מקרה, שני נתיבי ההולכה חייבים להיות מבודדים כהלכה אחד מהשני. כאשר משתמשים בקטבי-ביניים (קטבי המרה–commutating poles)  במכונות d.c. קטנות, הסלילים מלופפים ישירות (של חוט עגול) על גוף קוטב-הביניים.

4.2.4        מנועי מגנט קבוע (permanent magnet)

במנועי d.c.  מגנט קבוע קונבנציונלים, המרצה (excitation) עלי ידי חלק מגנט בצורת קשת (arc) המותאם ישירות לסליל ההטיה. מרכב המגנט מחליף את הקטבים הראשיים ונתיבי הולכת השדה של מנוע שדה מלופף(wound field)  .  זה מוביל לרוב במנועים קטנים וקלים יותר וכן יעילות גבוה יותר (כתוצאה מחיסול הפסדי שדה). מבנה זה הוא פופלרי מאוד ביישומים אוטומטיים ברכבים והנעת כסאות-גלגלים ממונעים ומלגזות.

בתלוי בחומר המגנט הקבוע שבשימוש, חתיכות קטבי המגנט ממוגנטים או בכיוון רדיאלי או בכיוון היקפי\עקיף (circumferential  ). הערך הכפייתי (coercive) הנמוך של מגנטי אלניסו ((Alnico מצריך מיגנוט היקפי, מה שיוצר מערכת המרצה דומה לזו המוצגת בתרשים 4.7.

(

בנוסף, לאור הערך הנמוך שלהם בכוח כפייה, אשר הופך אותם לפגיעים לשדות דה-מגניפיקציה חיצוניים, קטבי מגנטי אלניסו מסופקים לרוב עם פרסות (shoes) קטבי ברזל בכדי לסוכך על המגנטים משדות התגובה הדה-ממגנטים של העוגן.

כאשר נעשה שימוש במגנטים קרמיים (ceramic) (ferrite –ברזל טהור, ברזלי) או במגנטי אדמה נדירה\דלילה (rare earth), הכפייתיות הגבוהה שלהם מאפשר מגנוט בכיוון רדיאלי. המבנה שנוצר עקב כך יהיה דומה לזה המוצג בתרשים 4.8, עם מגנטי האדמה הנדירה\דלילה מצריכים פיסות מגנט דקות יותר. תרשים 4.9 מראה את הסטטור של מנוע d.c. 4-קטבים העושה שימוש במגנטים קרמיים. אורך הציר הנרש של קטבי המגנט במנוע המסויים הזה הוא 165 מ"מ.

במכונה המוצגת בתרשים 4.9 ישנם שני חלקים בעבור כל קוטב. חלקי המגנט התרום-ממוגנטיםmagnetised)   pre) פשוט מודבקים ליציקת פלדת סליל ההטיה עם מדביק תעשייתי.

מערכת השדה של מנועים גדולים יותר המשתמשת במגנטי אלניסו מסופקת לרוב עם נתיבי הולכה ממוגנטים מסביב לקוטבי המגנט הקבועים. סידור זה מאפשר מיגנוט in situ (במקום הטבעי) לאחר ההרכבה, ודה-מיגנוט בכדי לבצע עבודות תיקון.  בגלל דרישות המגנטיות הגבוהות בהרבה של מגנטי קרמיים (875-1800 kA/m), מגנטי סמריום קובלט (samarium-cobalt) (1590-3980 kA/m) ומגנטי ניאודיום-ברזל-בור (neodymium-iron-boron) (1590-2790 kA/m),  בהשוואה עם 240-480 kA/m  של אלניקוס (alnicos), זה קשה ביותר, אולי אפילו בלתי אפשרי, למגנט מגנטים אלו in situ. הרכבת חלקי מגנטים לפני מיגנוטם מוסיף לעליות הייצור. בכל מקרה, זה לא פרקטי להתקין נתיבי הולכה מגנטיים במנועי מגנטים קרמיים קבועים קטנים, והעלות הגבוהה של מגנטי אדמה דלילה\נדירה (rare earth) היא, במרבית המקרים, נסבלת בכדי להקטין את גודל המנוע. מצד שני, פרסות קוטב (pole shoes) אינן נדרשות למנועי מגנט קרמי ואדמה דלילה\נדירה. בנוסף, חדירות הנסיגה (recoil permeability) של מגנטים קרמיים ואדמה דלילה\נדירה קרובה מאוד לחדירות של חלל חופשי. זה מאפשר למנועים המשתמשים בחומרים אלו להיות מפורקים ומורכבים מבלי לשנות את יחידת ההפעלה של המגנט, כלומר, מבלי להשפיע על ביצועי המנוע.

למרות שמערכות המרצת (excitation) מגנטים יכולות להיות ממומשות בשישה או יותר קטבים, דו-קטבי וארבע-קטבי הן הצורות הנפוצות ביותר.

בנוסף לשתי התצורות המוצגות בצורה סכמטית בתרשימים 4.7 ו 4.8, מגוון צורות אחרות קיים.  לדוגמה, עם מסגרת מרובעת ניתן להשתמש חלקי מגנט משולשים העשויים מחומרי אדמה נדירה. זה מקטין את בזבוז החומרים ועלויות מלאכה.

4.2.5 העוגן (armature)

בעוד שרבדים עבים יחסית (עד לעובי 2 מ"מ) או אפילו קטבים אחידים (עם או בלי פרסות קטבים מרובדים) עשויות לשמש בייצור של מערכות שדה, רק רבדי פלדת סיליקון דקים (0.35, 0.5, 0.65 מ"מ עובי) עם הפסד נמוך משמשים לעוגן של מכונות d.c..  רבדי העוגן של מכונות d.c. קטנות תמיד מוכנסים בחתיכה אחת. הם לפעמים מסופקים עם חורי אוורור לציר במתואר בתרשים 4.10.

במכונות קטנות, רבדי העוגן מורכבים ישירות על הפיר (shaft) והם נלחצים בין האוגנים (flanges). אין שימוש בתעלות אוורור רדיאליות במכונות קטנות ובחורי ציר נעשה שימוש רק בחלק קטן של המקרים. תרשים 4.11 מראה מרכב עוגן של מכונת d.c. קטנה שבה אין שימוש בתעלות ציר.

4.2.6 נתיבי הולכה (windings) בעוגן

נתיבי ההולכה בעוגן של מכונות d.c. קטנות משתמש בסלילים רב-סיבוביים (multi-turn coils) של מוליכי נחושת עגולים. סלילי העוגן מונחים בחריצים עם הבידוד הנדרש בין הליבה והסלילים. ניתן להחזיק את הסלילים במקום בתוך החריצים על ידי רצועות של חוט פלדה המתוחים בלחץ סביב הליבה ו\או על ידי טריזי חריצים (wedges  slot). תרשים 4.12 מראה עוגן מתוח חלקית. בכמה מקרים הבליטה  (overhang) מוחזקת במקום על ידי סרטי הדבקה מכותנה או פוליאסטר.

(תרשים 4.11 – עוגן של מנוע d.c. קטן)

נתיבי ההולכה של העוגן של מכונת d.c. הוא תמיד רב-שכבתי, ובמקרה של מכונות קטנות הוא דו-שכבתי.ניתן להשתמש בנתיבי הולכה חפיפה פשוטה ((simplex lap או גל פשוט ((simplex wave. אולם, נתיבי הולכה גליים (wave) הם מועדפים  מכיוון שלא יכול להיות חוסר איזון במתח בין נתיבים (paths) בסוג זה של נתיבי הולכה (המתח המושרה בכל נתיב הוא בשל כל הקטבים במכונה). באופן כללי, הבחירה בין שני הסוגים של נתיבי ההולכה נשלטת בעיקר בידי הזרם בעבור נתיב של נתיבי ההולכה של העוגן  שלהם ערך פרקטי מקסימילי של 250 A, מה שמגביל את זרם העוגן של מכונת ליפוף גלי (wave wound) ל 500 A . מגבלה זו לא אמורה להטריד את המתכנן של מכונות d.c. קטנות ונתיבי הולכה גליים כמעט תמיד משמשים במכונות קטנות אפילו באלו שלהן יותר משני קטבים.

(תרשים 4.12 – מכונת d.c מלופפת חלקית)

(תרשים 4.13 – מרכב מחבר של שני טבעות-V)

4.2.7 מחלף (commutator)

המחלף של מכונות d.c. קטנות מורכב ממספר חלקי נחושת המבודדים אחד מן השני ומחוברים למוליכי העוגן. חלקי המחלף עשויים מנחושת hard drawn או נחושת מוכספת (המכילה כ5% כסף) ולהם גרירות (tows ) שאליהם מולחמים מוליכי העוגן. החלקים הם בדרך כלל בצורת משולש\ טריז  (wedge) כמוצג בתרשים 4.13. היתרון של נחושת- מוכספת על נחושת hard drawn הוא שהיא יכולה לעמוד בשטף ההלחמה (flood soldering) של קצות סלילי העוגן לגרירות ב300 מעלות.

(תרשים 4.14 הילוכי מברשת (brush gear) של מנוע d.c. קטן)

המפרידים (separators) המשמשים לבידוד חלקי המחלף אחד מן השני צריכים להיות בעלי תכונות מכניות עקביות. זאת בגלל שאיכות ההמרה (commutation) תלוי, בין גורמים אחרים, על מרווח מדויק בין חלק לחלק אשר כמובן תלוי על עובי הבידוד. בנוסף, קושי המרווחים (spacers) המשמשים לבידוד המחלף צריך להיות דומה לזה של הנחושת, כך שהחלק והבידוד ישחקו בערך באותו שיעור. מרווחים העשויים מפיצול נציץ מתוחם בלכה (shellac-bound mica splitting) (96% נציץ) או מנציץ עדין תחום באפוקסי שרף (epoxy-resin-bound fine mica) (מה שנקרא  samicanite) הם בשימוש נפוץ. שיעור הנציץ שבשימוש וסוג המחבר (binder) קובעים את הקושי והאלסטיות של המרווח.

חלקי הבידוד והנחושת מהודקים בין שתי טבעות בצורת V ומבודדים מהן בפיצולי נציץ תחומים בלכה   (shellac) (או מתחומים בלכה ואפוקסי). שני מבני טבעת הV שבשימוש נפוץ מוצגים בתרשים 4.13. המחלף המורכב אז נלחץ לפיר המכונה.

4.2.8 הילוכי מברשת (brush gear)

הילוכי המברשת מורכבים מסט של מחזיקי-מברשת (brush-holders) המותאמים על סליל הטיה (yoke) מחומר מבודד מתאים ומאכלסים מברשות פחם (פחמן) עם מוליכות וקושי מתאימים, כמוצג בתרשים 4.14.

מחזיק-המברשת הוא פשוט קופסת מתכת הפתוחה בחלקה העליון ובתחתית, מסופקת עם קפיצים מתכווננים ומוצבת קרוב לפני שטח המחלף. המברשת מוכנסת מחלקו העליון של המחזיק ונלחצת כנגד פני שטח המחלף על ידי הצד השני של הקפיץ.

ייצורם של מחזיקי מברשות שלהן המוליכות החשמלית המתאימה ותכונות החלקה-חיכוך (sliding-friction ) הינה מומחיות גדולה של אומנות מדעית. מברשות העשויות מגרפיט טבעי, פחמן קשה, אלקטו-גרפיט או גרפיט-מתכת עשויות להיות בשימוש.

גרפיט טבעי בשימוש עם תוחם שרף  (resin binder) יוצר חומר מברשת עם תכונות מכניות טובות במהירויות גבוהות אך במחיר של מוליכות נמוכה (בשל תכולת השרף). המוליכות הנמוכה גורמת לירידת מתח מגע גבוה (high contact voltage) העוזר לתהליך ההמרה (commutation). לפיכך, מברשות העשויות מגרפיט טבעי מתאימות לשימוש במנועים קטנים שלרוב אינם כוללים קטבי-ביניים (interpoles).

פחמן (או פחם) קשה מפיק מברשות זולות אך קשות. הקושי שלהם יוצר שיעור גבוה במידת מה של שחיקת מחלף. אולם, שיעור השחיקה הוא כמעט זהה לחלקי מחלף ומפרידים מבודדים. מברשות אלו לרוב משמשות במכונות כוח-סוס בשברים  (fractional-horsepower) בכמה מנועים נמוכי מהירות גדולים יותר בהם תנאי המחלף אינם חמורים מידי.

למברשות אלקטרו-גרפיט יש שיעור נמוך של שחיקה, ולכן, הם בשימוש נרחב במנועים תעשייתיים וביישומי גרירה  (traction).

למברשות גרפיט- מתכת (metal-graphite) יש מוליכות גבוהה המובילה לערך נמוך של נפילת מגע מתח (voltage contact). סוג זה של מברשת מתאים ליישומי מתח גבוה או נמוך כגון מנועי מצת למכוניות.

זרם מועבר למברשת על ידי מוליך גמיש הנקרא pigtail (זנב-חזיר( שניתן להלחימו למברשת או לחברו עם בורג, הלחמה לרוב משמשת במברשות במנועים קטנים.

ישנן שלוש דרכים נפוצות להשמת המברשות למחלף. אלו הן: רדיאלית (radial), גרירה (trailing) ותגובה (reaction). ברוב המקרים המברשות מיושמות רדיאלית, כלומר, הקו המרכזי שלהן הוא רדיאלי (מוקדי) למחלף. שיטה זו מוליכה למנוע עם ביצועים דומים בשני כיווני הסיבוב. בסידור הרדיאלי, הכוח הפועל לאורך כיוון הסיבוב נוטה לגרום לפעולת הטיה (tilting) העשויה לגרום לשחיקה צידית של המברשת. בכדי למזער זאת, המברשות צריכות להיות מותאמות היטב בקופסאות מברשת (brush boxes) עמוקות. גובה המברשת תמיד גדול יותר מכל אחד ממימדי חתך הרוחב שלו.

במכונות מהירות גבוהה לא מסתובבות (non-reversing) המבשרות עשויות להיות בשיפוע או בכיוון העוקב או במוביל, קופסת המברשת מקבלת או שיפוע גורר ( trailing rake)או שיפוע תגובה (reaction rake), כמוצג בתרשים 4.15. בסידור שיפוע גורר הזווית האנכית  של הנטייה היא כ10-15 מעלות. במקרה זה, כוחות הקפיץ, החיכוך והרדיאלי משתלבים בכדי לשמר את המגע של המברשת עם הפנים השמאליות של הקופסא, ובכך משפרים את היציבות.

בסידור קופסת התגובה (reaction box), המברשות מוטות בכיוון המוביל בזווית של בין 30 ל40 מעלות מהאנכי. במקרה זה, כוח המגע (contact force) בין צד ימין של המברשת וצד מחזיק-המברשת מתנגד לכוח החיכוך. סידור זה מועדף בשימוש במברשות צרות.


[1]

[2] שמירת הכיוון (של זרם חשמלי משתנה) של חצי-מעגל בכדי ליצור זרם בכיוון אחיד.

[3] המילה pole יכולה להיות מתורגמת הן כ"קוטב" והן כ"מוט" וכן גם כנקודת ציר של דבר עגול. לפי ההקשר המגנטי הכוונה היא לקטבים בהתאם.

עוד דברים מעניינים:

שינוי גודל גופנים
ניגודיות