Файл: Лившиц, П. С. Скользящий контакт электрических машин (свойства, характеристики, эксплуатация).pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 111

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

жащих веществ. Более подробные сведения о форсированном износе электрощеток, используемых в среде, содержащей кремнийорганику, так же как и сведения о механике описываемого явления, можно найти в {Л. 3-13]. Хлор приводит к просветлению коллекторов. Со­

единяясь с влагой, он образует

соляную

кислоту, которая

очищает

политуру. На контактной поверхности электрощетки-катода

отла­

гается медь, и на коллекторе образуется значительное

 

количество

грязи, легко

удаляемой

тряпкой.

Аналогичным

образом

 

проявляет

себя и аммиак

[Л. 2-3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У,

Ah,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,0 V0,8

 

 

 

 

 

 

 

Ah,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/( ,

3,5

о, А

 

 

 

с

 

 

мм

 

 

 

 

 

/

3,0

0,6

 

 

2

 

 

 

 

3,0

 

 

-5

 

 

 

2,5\

0,5

 

 

 

 

-

 

2,5

 

 

 

/

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6~/

 

2,0]-0,4

X

 

I

 

 

 

 

2,0

\

 

/

 

0,3

< )

 

 

 

 

 

1,5

 

 

 

 

 

1,0 У 0,2

 

 

 

 

 

 

 

1,0

 

и

Г"/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

0,5

 

 

 

 

 

 

т

О

О 40

 

 

 

 

О 40

 

 

 

 

 

 

60

.

80

°С

 

 

60 б) so

 

%

Рис. 5-8. Зависимость

между температурой нагрева масла Т,

концентрацией

паров

масла

у м

 

и износом

электрощеток

Ah

а м а с л о

 

 

 

 

[Л. 3-13].

 

 

 

 

 

 

 

марки

МВП;

б — масло

 

марки ВПС;

1,

4 — концентрация

паров

масла

в

атмосфере;

2 и 5 — электрощетки

марки 73;

3

и

6 —

 

 

 

 

электрощетки

марки ЭГ74К.

 

 

 

 

 

 

Присутствие в атмосфере паров масел влияет на скорость изна­ шивания электрощеток по-разному. Характер этого влияния опреде­

ляется

сортом испаряемого вещества. Опыты, проведенные автором

и его

сотрудниками, показали, что при концентрации паров масел

в воздухе, достигавшей 4 мг/м3 , в одном случае износ электрощеток возрастал, а в другом снижался (рис. 5-8). Подобное явление объяс­ няется тем, что вызывавшее форсирование износа масло марки ВМС представляет собой смесь минерального масла марки МВТ с полиэтилсилоксановой жидкостью. Кремнийорганические компоненты по­ следней и ответственны за повышение значений а щ .

Явление снижения износа электрощеток в атмосфере, содер­ жащей пары минерального масла, находит свое дальнейшее разви­ тие при использовании скользящего контакта в среде жидкого ди­ электрика. Так, по данным {Л. 3-16] значения 1>щ при работе металл­ содержащих электрощеток в трансформаторном масле были сле­ дующими:

Щеткч

марки

МГ

о щ = 0 , 0 2 6 - ^ 0 , 0 3 3 мм/50 ч

Щетки

марки

МГСО

. . . i y = 0 , Ю-т-0,40 мм/50 ч

6 - 2

 

 

81


Номинальные значения рассматриваемой характеристики при работе контактов в воздухе соответственно равны 0,51 и 0,38 мм/50 ч, а с учетом возможных рассеяний по «двухсигмовому пределу» до­

стигают величин 1,15 и 1,52 мм/50 ч {Л. 1-4, 3-1]. Полярные

различия

в износе погруженных металлсодержащих электрощеток

такие же,

как и у работающих в атмосфере воздуха.

 

Опыты с электрощетками, изготовленными из баббита,

показали,

что скорость изнашивания анодно-поляризованной электрощетки со­

ставила

и щ + = 0 , 0 6 1

мм/50 ч, а щетки противоположной

полярности

у щ _ = О , 0 1

мм/50 ч {Л.

3-16]. Таким

образом, и

здесь

оказывается

справедливым

неравенство и щ _ < р щ

+ ,

о

котором

упоминалось

ра­

нее.

Описываемый эффект снижения скорости изнашивания электро­

 

щеток,

работающих

в

жидком диэлектрике,

проявляет

себя только

в том

случае,

когда

в

скользящем

контакте

отсутствует искрение.

При

возникновении

такового величина

а щ

существенно

возрастает.

По

данным

[Л. 3-18] кратность такого

возрастания составляет

1—2

порядка.

При рассмотрении износа электрощеток, эксплуатируемых в ус­ ловиях высоты, отмечалось, что улучшить эту характеристику мож­ но за счет выбора соответствующего материала для коллекторов. Материал последних оказывает определенное влияние на износ элек­ троугольных изделий, работающих и в наземных условиях. В табл. 5-7 показано, как изменяется скорость изнашивания элек-

Т а б л и ц а 5-7

Изменение скорости изнашивания электрощеток

взависимости от материала контактных колец

А.В среде азота [Л. 5-10]

 

 

Относительная скорость

Твердость материала кольца

Материал

 

 

 

контактных колец

изнашивания элекгро-

по Бринеллю,

по десятибалльной

 

 

 

щеток, мм/1 ООО ч

10' Па (кгс/мм3)

шкале MOOCA

Серебро

 

1,96

20—25

 

2,7

Золото

 

 

1,64

19—25

 

2,5

Медь

 

 

1,00

120

 

3,0

Никель

 

0,19

111—300

 

3,8

Бронза

 

 

0,00

60—120

 

 

 

 

 

Б. В среде водорода [Л. 5-12]

 

 

 

 

 

Скорость изнашивания электро­

 

 

 

 

 

щеток марки ЭГ74АФ,

 

 

Материал

 

мм/1 000 ч

Твердость материала

контактных колец

 

анодно-поля­

катодно-поля-

кольца по Бринеллю,

 

 

 

10'

Па (кгс/мм»)

 

 

 

ризованной

ризованной

 

 

Медь

кадмиевая

 

0,86

1,9

 

95—115

Медь

магниевая

 

0.64

0,9

 

135

Медь

хромистая

 

0,79

1,3

 

130—150

Вронза Бр . ДЖ 9-4

0,71

1.2

 

180220,

Сталь,

 

 

0,86

3,2

 

82


Трощеток при работе их на контактных кольцах из различных метал­ лов и в различных средах. Оказывается, что при работе в среде нейтрального азота, т. е. в условиях, исключающих возможность образования политуры на поверхностях скольжения, большая твер­ дость материала вызывает уменьшение относительной скорости из­ нашивания электрощеток (см. также табл. 5-1). Исключение из отме­ ченного правила составила медь.

При работе скользящего контакта в восстановительной среде водорода отмеченное правило не сохраняется. В данном случае анодно-поляризованные электрощетки практически не реагируют на природу материала контактного кольца, а износ катодно-поляризо- ванных электрощеток можно полагать увеличивающимся с возра­ станием твердости материала, из которого оно изготовлено. Послед­ нее замечание делается на основании сопоставления первой и по­ следней строк раздела Б табл. 5-7 и плохо подтверждается проме­ жуточными данными.

В последние годы появились предложения об изготовлении пла­ стин-коллекторов и контактных колец из металлокерамических ком­ позиций методами, аналогичными тем, которые используются при производстве электрощеточных материалов [Л. 5-16, 5-17]. В связи с указанным возникает интерес к изучению влияния, которое оказы­

вает на износ электрощеток замена компактных

(литых) материалов

коллекторов и колец металлокерамическими.

Заимствованные из

[Л. 5-17] данные о результатах сравнительных

испытаний электро­

щеток нескольких марок на контактных поверхностях из металлоке­ рамических и литых материалов приведены в табл. 5-7а.

 

Описанные здесь данные получены при испытаниях, выполнен­

ных

в

обычной

воздушной

среде. Все они свидетельствуют

о том,

что

наименьшая

скорость

изнашивания как «черных», так и «цвет­

ных»

щеток

наблюдается

при работе

их на металлокерамических

коллекторах

из

чистой меди. Далее по

степени возрастания

вызы­

ваемой ими скорости изнашивания электрощеток следуют коллек­

торы и кольца из металлокерамической композиции

медь — кадмий,

из литой (компактной)

меди и, наконец, коллекторы

из металлоке­

рамических композиций,

содержащих железо.

 

Наряду с рассмотрением износа электрощеток при конструиро­ вании скользящего контакта необходимо учитывать, что процессу постепенного изменения состояния и размеров подвержены также рабочие поверхности коллекторов и контактных колец. В самом общем случае износ этих элементов скользящего контакта можно полагать состоящим из тех же компонент, которые определяли из­ нос электрощеток:

Д/гн =, ЛЛм +;Д/гэ +АЛи-

Однако в связи с тем, что время взаимодействия каждого дан­ ного участка поверхности скольжения коллекторов и контактных колец с электрощеткой относительно невелико, скорости их изна­

шивания оказываются незначительными.

Износ

коллектора

(по ра­

диусу)

мощной

электрической

машины за

1 ООО ч ее работы

состав­

ляет примерно

0,08—0,12

мм. На тяговых двигателях

современных

скоростных

электровозов

и тепловозов износ коллекторов составляет

0,07—0,08

мм

за

100 тыс. км пробега

локомотива.

Приведенные

цифры

относятся

к случаям

удовлетворительной

работы

скользя­

щего контакта

при искрении,

не превышающем

14 /4—Н/г балла по

ГОСТ

183-65. При нарушении

указанных условий

в случае

проник-

6*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83


 

 

 

Т а б л и ц а 5-7э

Услсвня проведения испытаний

Материал

коллектора

Скорость изнаи ивания электрощеток

(контактного кольца)

 

 

Стендовые испытания электрощеток марки МГСА на коллекторах авто­ мобильных стартеров ,типа СТ-15, в течение которых на стартерах было произведено 50 тыс. включений

Сравнительные испытания электро­ щеток марки ЭГ2А на коллекторах двигателей типа ДК-653

Сравнительные испытания щеток марки M l на контактных кольцах экспериментального стенда

Металлокерамические композиции

 

следующих составов:

 

Си—100%

3,0—0,5 мм/50 000 включений

Си—75%, Fe—25%

4,9—8,5 мм/50 000

Си—50%, Fe—49о/0 , С — 1 %

4,6—7,7 мм/50 000

Компактная медь марки M l

4,5—5,0 мм/50 000

Металлокерамическая композиция

0,65 г/1 000

ч испытаний

Си—100%

 

 

Компактная медь марки M l

0,87 г/1 000

ч

Металлокерамическая композиция

0,19—0,29

г/1 000

ч испытаний

Си—100%

 

 

 

Компактная медь с присадкой кад­

0,19—0,35

г/1 000

ч

мия (1%)

 

 

 

Компактгая латунь марки ЛС-59-1

0,21—1,0

г/1 000 ч

 


мовеиия в зону контакта пыли или химических активных веществ, повреждающих политуру, скорость изнашивания коллекторов су­ щественно возрастает. К. таким же последствиям приводит возникно­ вение искрения в скользящем контакте погружных электрических машин [Л. 3-16, 3-18].

Процесс

износа поверхностей

скольжения

контактных

колец

имеет свои

особенности, так как направление тока

в каждом

из них

является различным. На основании изложенного при рассмотрении износов электрощеток различной полярности можно объяснить, по­ чему катодно-поляризованое кольцо, работающее с электрощеткой— анодом, имеет на себе хорошо развитый слой углеродистого мате­ риала, гладкую поверхность скольжения и малый износ. Поверхность анодно-поляризоъанного кольца, работающего с электрощеткой-ка­ тодом, шероховата и изнашивается более интенсивно. Практическим следствием описываемого влияния полярных свойств является на­ блюдаемый в практике эксплуатации электрических машин неравно­ мерный износ колец разной полярности. Для выравнивания этого износа рекомендуется периодически, 1—2 раза в год, менять на­ правление проходящего через контакт тока. После осуществления подобной рекомендации нагрузка в токовой цепи в течение несколь­ ких часов не должна превышать 40—50% номинальной. В этом случае создаются более благоприятные условия для формирования новых политур на контактных кольцах и исключается возможность появления искрения в контакте.

При выполнении коллектора и контактных колец из металло­ керамических композиций износы электрощеток снижаются. Естест­

венно

при этом выяснить, как

изменится в новой контактной паре

износ

коллекторов

и контактных

колец. В (Л. 5-17] описан

ряд опы­

тов, показавших, что при замене

в коллекторах пластин

из

компакт­

ной

(литой) меди

марки M l

металлокерамическими

пластинами

износостойкость последних оказывается более высокой. Так, напри­

мер,

по наблюдениям

за коллекторами

автомобильных

стартеров

типа

СТ15 после 50 тыс. включений

было установлено,'что

диаметры

металлокерамических

коллекторов уменьшались на 0,1

мм, а обыч­

ных

из меди марки M l на 0,5 мм. Металлокерамический

коллектор

возбудителя, проработавший со щетками марки Э'Г2А

12 000 ч,

уменьшил

свой диаметр на 0,34 мм, а медный

коллектор на 1,04 мм.

В других

источниках

столь оптимистический

вывод о преимуществах

металлокерамических

коллекторов

подтверждения

не

получил.

В (Л. 5-16] сообщалось, что при работе

в течение 1 030 ч

сварочных

преобразователей типа ПС-500, оборудованных электрощетками мар­

ки M l , уменьшение диаметра контактных

колец было следующим:

Медь

металлокерамическая

0,02—0,06 мм

Медь

компактная, кадмиевая . . . .

0,02—0,04 мм

Латунь компактная

0,03—0,036 мм

Для более полного выяснения рассматриваемого вопроса необ­ ходимы дальнейшие эксперименты.

Произведенное изучение постепенного изменения размеров и со­ стояния взаимодействующих элементов электрического скользящего контакта не касалось вопроса об образующихся при этом продуктах износа. Между тем при разработке систем охлаждения электриче­ ских машин возникают различные вопросы, для решения которых необходимы сведения о фракционном составе этих продуктов и об-

85