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

узла рассматриваемых машин может протекать вполне удовлетворительно. Последнее заключение подтверждает­ ся все расширяющейся практикой использования подоб­ ных машин в различных отраслях промышленности, та­ ких, как текстильная, трикотажная, бумагоделательная, полиграфическая, пищевая, деревообрабатывающая и др. [Л. 9-20, 9-21].

При выборе электрощеток для коллекторных машин переменного тока им стремятся придать возможно мень­ шие тангенциальные размеры. Реализация этой тенден­ ции привела к тому, что подобные машины оборудуются сравнительно узкими электрощетками. Их наиболее рас­ пространенные размеры таковы: 6,4X10X20 мм; 6,4Х Х20Х25 мм; 8x12,5x25 мм; 8X20X25 мм.

Малые размеры поперечного сечения электрощеток вызывают возрастание общего их числа. Так, например, описанные в [Л. 9-19] серии трехфазных двигателей Т и Е, перекрывая диапазон мощностей 1,1—130 кВт, имеют на себе 24—160 электрощеток.

Изложенные сведения об эксплуатационных свойст­ вах электрощеток коллекторных машин переменного то­ ка относились к машинам более-или менее значительных размеров и мощностей. Между тем среди машин этого класса находится большое количество типов универсаль­ ных двигателей, используемых в приборах бытовой тех­ ники, машиносчетных устройствах и электрифицирован­ ном ручном инструменте. Эти двигатели имеют вполне определенное назначение, обладают малыми габаритами и массой и им сообщают обычно значительную частоту вращения. Так, например, изготавливаемые в соответст­ вии с ГОСТ 10085-62 коллекторные однофазные электро­ двигателя, предназначенные для электрифицированного производственного инструмента, обладают характеристи­ ками, проведенными в табл. 9-43. Якоря указанных дви­ гателей должны без повреждения выдерживать в течение 2 мин повышенную частоту вращения не менее 18 000 об/мин. Отмечаемые факторы существенно услож­ няют работу элементов скользящего контакта машин рассматриваемого назначения, и скорости изнашивания электрощеток и коллекторов у них являются, как прави­ ло, повышенными. В английских сообщениях указывает­ ся, что скорость изнашивания электроугольных изделий на лучших типах пылесосов, полотеров и т. п. машин счи­ тается удовлетворительной, если она составляет величи-

244

ну порядка 10 мм за 400 ч эксплуатации. На более высокоиспользуемых и более дешевых двигателях электриче­ ского инструмента, кофейных мельниц и смесителей при­

[Л. 9-22].

Своеобразной является также конструкция щеткодер­ жателей и электрощеток многих малых машин перемен­ ного тока. Здесь очень часто используется держатель так называемого патронного типа, в котором размещается электрощетка, несущая на себе цилиндрическую пружину (рис. 9-5). Для того чтобы нажатие на электрощетку по мере ее износа не выходило за пределы рекомендуемых значений, необходимо ее и пружину спроектировать так, чтобы разница в давлении на новое и полностью сраба­ тывавшееся электроугольное изделие была минимальной. Последнюю задачу удается решить, отведя 30—50% об­ щей длины внутреннего гнезда щеткодержателя для раз­ мещения в нем тела электрощетки, а остальную часть этой длины заполнить сжатой пружиной. Свободная дли­ на пружины при этом должна не меньше чем в 2,5 раза превосходить ее длину в сжатом состоянии.

При эксплуатации высокооборотных коллекторных электрических машин не следует упускать из виду изло­ женных ранее рекомендаций по поводу динамики эле-

245

Жесткими должны быть нормы на допустимый экс­ центриситет, биение и другие показатели, определяющие процесс динамического взаимодействия элементов элек­ трического скользящего контакта (гл. 7).

Щетки для электрических машин, эксплуатируемых в особых климатических и других условиях. Среди рас­ смотренных областей использования электрических скользящих контактов особое место занимали контакты синхронных компенсаторов с водородным охлаждением, контакты погружных электродвигателей и контакты элек­ трических машин летательных аппаратов. В первом и втором из отмеченных случаев имела место замена воз­ душной среды, окружающей контакт, средой водорода и трансформаторного масла, а в третьем — изменение со­ стояния окружающей среды вызывалось подъемом лета­ тельных аппаратов в верхние слои атмосферы. Во всех этих случаях нормальная работа электрооборудования оказывалась возможной либо благодаря применению специальным образом обработанных электрощеток, либо благодаря соответствующему изменению их конструкции. Аналогичным образом решается рассматриваемая задача и в ряде других случаев изменения состояния и состава среды, окружающей контакт. Из их числа наибольший практический интерес представляют случаи эксплуатации электрооборудования в различных географических обла­ стях. Низкие температуры районов высоких широт и специфические условия тропиков предъявляют к электри­ ческому скользящему контакту ряд дополнительных тре­ бований, главнейшими из которых являются термостой­ кость, влагостойкость, способность противостоять дейст­ вию морского тумана и плесневых грибков. Специальными

размеры электрощеток. При воздействии указанных тем­ ператур остаются неизменными значения удельного элек­ трического сопротивления и твердости электрощеточных материалов. Циклические изменения температуры ог —60 до +120°С и от —60 до +180°С и длительное воз­ действие температуры +120 и +180°С не оказали влия­ ния на твердость и механическую прочность электроще­ ток. Что касается удельного электрического сопротивле­ ния и геометрических размеров, то при температуре

247

свыше + 1 2 0 Х в изделиях, изготовленных из металлсо­ держащих материалов (материалы I класса), эти харак­ теристики изменяются в сторону увеличения. У электрографитированных электрощеток значения перечисленных характеристик остаются постоянными.

Только что описанные соотношения остаются спра­ ведливыми и при возрастании влажности, характерной для районов влажных тропиков. У электрографитированных электрощеток названный фактор не оказывает ника­ кого влияния на удельное электрическое сопротивление, твердость, механическую прочность, внешний вид и габа­ ритные размеры. У электрощеток, изготавливаемых из материалов I класса (т. е. содержащих металл), повы­ шенная влажность вызывает возрастание удельного элек­ трического сопротивления и геометрических размеров.

Пребывание электрощеток в среде, зараженной спо­ рами плесневых грибков, показало, что эта среда не ока­ зывает вредного воздействия на электрощетки.

Изложенные сведения о влиянии климатических фак­ торов относились к материалам, из которых изготовля­ ются электрощетки. Количественная оценка этого влия­ ния, равно как имеющийся опыт эксплуатации электро­ оборудования в различных климатических районах, свидетельствует о том, что эти материалы сами по себе могут считаться удовлетворяющими предъявляемым к ним дополнительным требованиям. Что касается изго­ товленных из этих материалов электрощеток, то находя­ щиеся на них металлические элементы армировки и место заделки токоведущего провода в тело изделия ока­ зываются весьма чувствительными к воздействию влаж­ ности, высоких температур и морского тумана. При ука­ занных воздействиях происходят интенсивная коррозия армирующих элементов и возрастание переходного со­ противления в месте заделки. С целью предотвращения этих нежелательных явлений арматура электрощеток, предназначенных для использования в районах с тропи­ ческим климатом, должна снабжаться защитным покры­ тием в виде слоя олова (лужение). Зерна медного по­ рошка, используемого при заделке токоведущего провода способом конопатки, принято покрывать слоем серебра.

Влияние климатического фактора на совместную ра­ боту элементов электрического скользящего контакта ча­ стично освещалось в главах, где речь шла о зависимости характеристик 2NU, р, и А/г от влажности и температуры.

248

Для рассматриваемых здесь вопросов обеспечения нор­ мальной работы электрощеток в различных климатиче­ ских условиях большое значение имеет вопрос о соче­ тании названных показателей состояния атмосферы. Об­ щеизвестно, что для нормального функционирования электрического скользящего контакта требуется присут­ ствие в атмосфере определенного количества влаги. По мере уменьшения этого количества антифрикционные свойства электрощеточных материалов ухудшаются, а когда содержание влаги упадет ниже некоторого кри­ тического предела, работа контакта нарушается: исчеза­ ет политура и катастрофически распыляются электро­ щетки. Нижний предел содержания водяного пара в воз­

водяного пара лежит в пределах 1—3 г/м3 . Для того что­ бы не произошло нарушения нормальной работы элемен­ тов электрического скользящего контакта, необходимо, чтобы абсолютная (объемная) влажность окружающего

При состояниях атмосферы в пределах зоны I , в ко­ торой объемная влажность ниже 1 г/см3 , узел токосъема нормально функционировать не может. При состояниях атмосферы в пределах зоны I I , в которой объемная влажность колеблется от 1 до 3 г/м3 , скользящий контакт будет работать неустойчиво, и только при состояниях ат­ мосферы, характеризуемых зоной I I I , когда в 1 м3 воз­ духа содержится 3—20 г водяных паров, будет обеспе­ чена нормальная работа деталей узла токосъема. С пе­ реходом в зону IV эта работа ухудшается. Работа в последней зоне может иметь место при эксплуатации электрооборудования в районах влажного тропического климата; работа в зоне I может возникнуть в случае ис­ пользования электрических машин в высокоширотных об­ ластях. Последний случай наиболее опасен, так как при­ водит к форсированному изнашиванию электрощеток. Ликвидировать это явление можно применением пропи­ танных электрощеточных изделий. Однако практика в данном случае пошла по другому пути: вместо приме­ нения пропитанных электрощеток устраняют причину,

249