Szczotki węglowe stosowane w silnikach elektrycznych budowane są z materiałów
A. przewodzących.
B. magnetycznych.
C. półprzewodnikowych.
D. izolacyjnych.
Pytanie z egzaminu CKE, styczeń 2020 (arkusz E.07-SG-20.01).
Szczotki węglowe w silnikach elektrycznych muszą być wykonane z materiałów przewodzących, bo ich głównym zadaniem jest doprowadzenie prądu do wirującego elementu, najczęściej komutatora albo pierścieni ślizgowych. W praktyce stosuje się materiały na bazie grafitu, węgla elektrotechnicznego, czasem z dodatkiem miedzi lub innych składników poprawiających przewodność i odporność na zużycie. To nie jest przypadkowy kawałek węgla, tylko element dobrany do konkretnego silnika: napięcia, prądu, prędkości obrotowej i warunków pracy. Moim zdaniem to jeden z tych detali, które wydają się proste, a w serwisie potrafią narobić sporo problemów. Zbyt twarda szczotka może niszczyć komutator, zbyt miękka szybko się zużyje i będzie pylić. Dobra praktyka branżowa mówi, żeby stosować szczotki zgodne z dokumentacją producenta urządzenia, kontrolować ich długość, sprężyny dociskowe i stan powierzchni komutatora. W silnikach komutatorowych, elektronarzędziach, rozrusznikach czy prądnicach szczotki są normalnym elementem eksploatacyjnym, więc przewodność elektryczna jest tu warunkiem podstawowym działania.
W tym pytaniu łatwo pomylić nazwę materiału z jego ogólnymi skojarzeniami. Węgiel w potocznym rozumieniu może kojarzyć się z czymś kruchym, brudzącym albo nawet z izolatorem, ale szczotki węglowe stosowane w maszynach elektrycznych są wykonywane z odmian węgla i grafitu dobranych właśnie pod przewodzenie prądu. Gdyby były z materiału izolacyjnego, silnik komutatorowy po prostu nie otrzymałby prądu na uzwojenia wirnika, więc nie wytworzyłby się moment elektromagnetyczny. Taka szczotka przerwałaby obwód, zamiast go zamykać, no i urządzenie nie miałoby prawa normalnie ruszyć. Materiały magnetyczne też nie pasują do tej funkcji. Magnetyczność jest ważna w rdzeniach stojana, wirnika, blachach elektrotechnicznych i obwodach magnetycznych, ale szczotka nie ma za zadanie wzmacniać pola magnetycznego. Ona ma ślizgać się po komutatorze, dobrze przewodzić, nie niszczyć powierzchni roboczej i zachować stabilny kontakt elektryczny. Z kolei półprzewodniki kojarzą się z elektroniką, diodami, tranzystorami i układami sterowania, ale w szczotkach silnikowych nie o takie właściwości chodzi. Tutaj potrzebny jest element o możliwie pewnej przewodności, odporności cieplnej i odpowiednim tarciu. Typowy błąd myślowy polega na tym, że ktoś wybiera materiał według jednej cechy nazwy, zamiast według funkcji w obwodzie. W warsztacie patrzy się prosto: szczotka ma doprowadzić prąd do części wirującej i jednocześnie pracować mechanicznie na styku ślizgowym. Dlatego właściwa grupa materiałów to materiały przewodzące, najczęściej węglowo-grafitowe, a nie izolacyjne, magnetyczne czy półprzewodnikowe.