Kefa (elektrotechnika)

Dvojica zberacích kief

Kefa je elektricko-mechanická vodivá súčiastka zabezpečujúca elektrický kontakt medzi pevnou a pohyblivou časťou elektrického stroja. Je to časť zberača.

Výraz „kefa“ pochádza z počiatkov konštrukcií elektrických strojov, kedy sa kontakt medzi pevnou a pohyblivou časťou stroja vytváral kovovými kefami (mosadzná drôtená kefa). Dnes, keď sa rýchlosť zariadení mnohonásobne zvýšila a výrazne stúplo aj prúdové zaťaženie takéhoto spoja sa ako materiál kefy používa výhradne materiál (obvykle kompozit) na báze grafitu.

V točivom elektrickom stroji (elektromotor, dynamo) sprostredkuje kontakt na komutátor, v lineárnych elektrických motoroch zabezpečuje kontakt na zberacie krúžky, zberacie lišty, prívodné vedenie a pod. Okrem elektrického kontaktu musí kefa zabezpečiť aj suché mastenie klzného spoja.

Elektricky je kefa prichytená o statické konštrukčné časti stroja a spojená so svorkami elektrického prívodu. Kefa je najnamáhanejšou časťou elektrického stroja. Je namáhaná trením, zohrievaná prechodom elektrického prúdu, erodovaná iskrením a pod. Kefa pritom nesmie poškodzovať prívodné lišty, resp. komutátor, preto je vyrábaná z mäkšieho materiálu ako lišty resp. komutátor. Už v konštrukcii elektrického stroja sa preto predpokladá obmedzená životnosť kefy (rádovo nižšia, ako životnosť stroja). Konštrukcia zberača preto musí umožniť jednoduchú výmenu kefy.

Požiadavky na materiál kefy

• schopnosť vytvárať plynný oxid
• vysoký bod tavenia
• tepelná odolnosť a vodivosť
• chemická stálosť, odolnosť proti oxidácii
• dobrá pružnosť pri zachovaní tvrdosti a mechanickej pevnosti
• odolnosť voči opotrebeniu
• nízky trecí odpor
• malý prechodový odpor
• odolnosť proti erózii elektrickým oblúkom
• pri použití vo vonkajšom prostredí aj odolnosť voči poveternostným vplyvom a vode

Použitie kief

uhlíkové kefy v elektrických strojoch špeciálne kontakty (reostaty, trakčné zberače)

Najpoužívanejšie uhlíkové materiály

• elektrografit
• kovografit
• bakelitografit
• prírodný grafit
• tvrdý uhlík
• uhľografit

Elektrografit

Vyrába sa lisovaním z práškového koksu, sadzí, grafitu a smolných spojív. Objemová hustota 1.45 – 1.55, merný elektrický odpor 550 – 1050 μΩm, tvrdosť 85 – 100 HR, hustota prúdu 8 – 12 A/cm², max obvodová rýchlosť 35-55 ms^-1, odporúčaný tlak 25-40. Použitie – malé striedavé motory napájané striedavým prúdom, ručné náradie, pračky a pod.

Kovografit

Používaný materiál: grafit, meď, olovo, striebro. Spojivom je mäkký kov. Objemová hustota 2.5 – 6.8, merný elektrický odpor 0.2 – 3.5 μΩm, tvrdosť 75 – 110 HR, hustota prúdu 15 – 24 A/cm², max obvodová rýchlosť 20-47 ms^-1, odporúčaný tlak 20-40. Použitie - uzemňovacie kefy, kefy pre malé motorčeky, automobilové motorčeky, motory a spúšťače do 3kW, dynamá

Bakelitografit

Materiál grafit, sadze, plnivo na báze živíc. Objemová hustota 1.5 – 1.6, merný elektrický odpor 500 – 2000 μΩm, tvrdosť 75 – 100 HR, hustota prúdu 10 A/cm², max obvodová rýchlosť 50 ms^-1, odporúčaný tlak 25-35. Komutátorové motory s ťažkou komutáciou, malé striedavé motory, trojfázové komutátorové stroje, malé a stredné stroje

Prírodný grafit

Materiálom je vyťažená tuha (prírodný grafit), minerálne látky. Objemová hustota 1.5 – 1.53, merný elektrický odpor 18-20 μΩm, tvrdosť 90 HR, hustota prúdu 8 – 10 A/cm², max obvodová rýchlosť 80 ms^-1, odporúčaný tlak 20-25. Stroje s oceľovými krúžkami, stroje pre veľké obvodové rýchlosti - turbogenerátory, hydroalternátory, použitie v agresívnom prostredí.

Tvrdý uhlík

Materiál - koks, sadze, grafit, smolné spojivá, abrazívne prímesi. Vlastnosti podobné prírodnému grafitu. Použitie pre malé univerzálne motorčeky.

Uhľografit

Materiál je koks, sadze, grafit, smolné spojivá. Objemová hustota 1.1 – 1.5, merný elektrický odpor 500-1050 μΩm, tvrdosť 85 - 100 HR, hustota prúdu 8 – 12 A/cm², max obvodová rýchlosť 30-50 ms^-1, odporúčaný tlak 25-40. Malé stroje, trojfázové komutátorové stroje, malé univerzálne motory, ručné náradie.

Striebrografit

Kovografit s prídavkom prachového striebra, Objemová hustota 2.6 – 6, merný elektrický odpor 0.06-6 μΩm, tvrdosť 90-95 HR, hustota prúdu 20 – 27 A/cm², max obvodová rýchlosť 20 ms^-1, odporúčaný tlak 20-25. Motorčeky s malým napájacím napätím v snímacej a informačnej technike.

Konštrukcia

Príklady tvarov

Kefa má obvykle tvar kvádra so skosenými hranami (alebo menej často tvar valca). Časť, ktorá prichádza do styku s komutátorom (lištami apod.) je niekedy zaoblená tak, aby kopírovala tvar komutátora (lišty). Kefa je umiestnená v držiaku, ktorý má tvar podľa kefy – tzn. dutý kváder. Prenos elektrického prúdu je cez vodivé steny držiaka. Prítlak na komutátor (lištu) zabezpečuje pružný člen – obvykle vinutá, alebo listová pružina. niekedy je súčasťou kefy aj prívodný káblik (zalisovaný v tele kefy pri jej výrobe) - zabezpečuje bezproblémovejší prívod elektrického prúdu do kefy. Pre malé motory a ručné náradie sa kefa vyrába ako montážny celok – kefa, prívodný káblik, prítlačná pružina, prívodné očko - v jednom nerozoberateľnom celku.

Kefy pre trakčné vedenia majú tvar líšt, umiestnené sú na vrchole prúdového zberača (pantografu). Sú mimoriadne mechanicky namáhané, pretože vlaky (električky, trolejbusy a pod.) a ich vedenie (trakcia) nemajú presnú vzdialenosť a teda sa nedá zabezpečiť rovnomerný prítlak. Zároveň sú vystavené poveternostným vplyvom. Pre zlepšenie odolnosti sa lišty impregnujú parafínom, živicou, olejom a pod. alebo sa používajú kovové kompozity (cínové, alebo antimónové), kedy sú čiastočky grafitu uzatvorené v kove.

Kefy nie sú normalizované, každý výrobca elektromotorov používa vlastnú – optimalizovanú konštrukciu a vyrábajú sa podľa požiadaviek zákazníka. V katalógoch jednotlivých výrobcov sa nachádzajú stovky rôznych modelov a tvarov.

Zdroje

• elektrokarbon, výrobný program
• morgan – carbon, výrobný program