Из числа твердых неметаллических проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода (электро­технические угольные изделия, сокращенно электроугольные изделия).

К электроугольным изделиям, применяемым в электро­технике и технике связи, относятся: электрические щётки для коллекторов электромашин, электроугли, применяемые в лампах и электропечах, электроды - в гальванических элементах, угольные мембраны, угольные порошки используют в микрофонах для создания сопротивле­ния, изменяющегося от звукового давления. Из угля делают высокоомные рези­сторы, разрядники для телефонных сетей; угольные изделия применяют в электро­вакуумной технике.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно исполь­зовать сажу, графит или антрацит. Для получения стержневых электродов из­мельченная масса со связующим, в качестве которого используется каменноугольная смола, а иногда и жидкое стекло, продавливается сквозь мундштук. Изделия бо­лее сложной формы изготовляют в соответствующих пресс-формах. Угольные за­готовки проходят процесс обжига. Режим обжига определяет форму, в которой углерод будет находиться в изделии. При высоких температурах достигается искус­ственный перевод углерода в форму графита, вследствие чего такой процесс носит название графитирования.

Электрощётки. Обжиг обычных щеток для электрических машин ведут при температуре около 800 °С; графи тированные щетки нагревают при обжиге до 2200 °С.

Щетки служат для образования скользящего контакта между неподвижной и вращающейся частями электрической машины, т. е. для подвода (или отвода) тока к коллектору или контактным кольцам и, кроме того, осуществляют коммутацию переменной э.д.с., индуктированной в об­мотке якоря. При работе на кольцах щетки осуществляют только подвод и отвод тока без коммутации.

Щётки должны иметь малое сопротивление, малый износ и хорошо пришлифовываться к поверхности коллектора. Их выпускают различных размеров (прилегающая к коллектору контактная поверхность щетки — от 4 Х 4 до 35 Х 35 мм, высота щетки — от 12 до 70 мм). Имеется несколько марок щеток, отличающихся друг от друга составом и техно­логическим процессом изготовления.

Щётки общего назначения подразделяют на четыре группы:

1. Угольно-графитные марок Т2; УГ2.

2. Графитные - Г1, ГЗ, 40.

3. Электрографитированные - ЭГ2а, ЭГ4, ЭГ8, ЭГ-14, ЭГ-15, ЭГ-83; ЭГ5; ЭГ9.

4. Металлографитные - М1, МЗ, Мб, М20, МГ, МГО, МГ2, МГ4, МГС, МГСО, СМ, МГС5, МГ6.

Весьма большое значение имеет величина удельного переходного контактного сопротивления щетки, приходя­щаяся на единицу поверхности сопротивления щетки с коллектором, P = R S, ом см2.

На величину Pk оказывают влияние следующие факторы:

1. Материал коллектора или кольца.

2. Плотность тока в контактной поверхности.

3. Род тока и направление его при постоянном токе.

4. Температура контактной поверхности.

5. Давление на щетку.

6. Линейная скорость движения коллектора или кольца.

Щётки с содержанием порошкового металла обладают особенно малым электри­ческим сопротивлением и дают незначительное контактное падение напряжения (между щеткой и коллектором).

Величина удельного сопротивления щеток, ом мм2/м

Угольно-графитовые ……….21-54

Графитные .…………… 12-37

Электрографитированные …10-50

Металлографитные…… .….0,20-9

Таким образом, наименьшим переходным контактным сопротивлением обладают медно - или бронзо-графитные щетки.

В зависимости от свойств щеток определяют и область их применения.

Щетки применяют на коллекторах электромашин по­стоянного и переменного тока, в тяговых электродвигателях с добавочными полюсами, в крановых двигателях, дви­гателях для подъемников, прокатных станов, компрессоров в шахтных и рудничных моторах, на одноякорных преобра­зователях, а также на многих других генераторах и дви­гателях постоянного и переменного тока асинхронных и синхронных.

Угольные электроды термического назначения служат:

1)в качестве нагревательных элементов электрических печей, где они выполняют роль резисторов;

2)в качестве проводника электроэнергии к нагрева­тельному элементу, состоящему из угольной крупки в печах сопротивлений.

Электроды применяют в производстве ферросплавов, электростали, карбида кальция, абразивных материалов для шлифования, электролизе алюминия, электросварке.

Угольные электроды, работа которых будет протекать при высоких температурах, обжигаются также при очень высокой температуре, вплоть до 3000 °С. Угольные электроды, как и другие угольные изделия, имеют отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления.

Удельное сопротивление, ом мм2/м

Электродов…………50/70

Угольных трубок… 50/80

Сварочных углей… 60/80

Осветительные угли. Для освещения в качестве элект­родов вольтовой дуги употребляют специальные сорта углей. Различают угли для постоянного и переменного токов. Положительный электрод для постоянного тока обычно применяют с фитилем, диаметр его больше диаметра от­рицательного угля в 1,5-2 раза потому, что накаливается он сильнее. В случае одинаковых диаметров он сгорел бы скорее.

Осветительные угли подразделяются на: прожекторные, кинопроекционные, для постоянного тока, переменного тока, киносъемочные и различных марок. Угли изготов­ляются в виде стержней диаметром от 5 до 30 мм, длиной от 120 до 450 мм.

Угли для гальванических элементов. Эти угли применяют в качестве положительного полюса гальванических эле­ментов в виде пластин в цилиндре различных размеров.

Удельное электрическое сопротивление элементарных углей находится в пределах от 50 до 60ом мм2/м. Твердость по Шору не ниже 40.

Аноды для ртутных выпрямителей. Угольные аноды имеют форму стержней диаметром от 10 до 25 мм. Они ха­рактерны малой зольностью (до 0,1%). Для уменьшения зольности аноды подвергают электрографитации, т. е. второму обжигу в электрических печах сопротивлений при температуре 2200-2500° С.

Угольные регулировочные резисторы. Переходное со­противление двух соприкасающихся угольных поверхно­стей в большой мере зависит от степени нажатия. В электро­технике это свойство используют для плавной и тонкой регулировки тока. Угольные регулировочные резисторы составляют из угольных пластин или спиралей, сжимаемых изменяющимся давлением. Так, например, резисторы, состоящие из 25 угольных колец толщиной 0,5 мм при на­ружном диаметре колец 50 мм и внутреннем 43 мм, дают сопротивление в зависимости от давления (см. табл.).

Зависимость сопротивления регулировочного угольного резистора от давления