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

жают наиболее вероятное -развитие процесса и свиде­ тельствуют о том, что в случае неподвижного контакта падение напряжения под электрощетками обеих поляр­

значительного возрастания значений AU обусловлен со­ ответствующим увеличением членов Дм4 и Аиц. Послед­ нее произошло благодаря изменению состояния собствен­ но' контактной зоны, в которой вместо составляющих Л«44 и Дыш начали действовать составляющие AM 4 I, Аи^,

Д«43, Д«14Ь Д«142 И Д«143.

Переходное падение напряжения, резко возрастаю­ щее при превращении контакта из неподвижного в скользящий, в дальнейшем по мере возрастания ско­ рости перемещения контактирующих элементов остается практически постоянным. Последнее положение является справедливым для случая, когда работа скользящего контакта протекает нормально и не сопровождается виб­ рациями. При несоблюдении указанных условий величи­ на 2AU может стать зависимой от относительной скорос­ ти перемещения контактирующих элементов [Л. 3-4].

На рис. 3-3 помимо влияния скорости на переходное падение напряжения рассматривается вопрос о соотноше­ ниях значений AU под электрощетками разной поляр­

контактных колец различной полярности. Как отмечали еще В. Гейн-

40

няется ими по-разному. Так, Р. Мейер объясняет отме­ чаемое неравенство тем, что анодно-поляризованная электрощетка выделяет в зону скользящего контакта значительное количество тонкодисперсных частиц, кото­ рые частично снимаются электрощеткой противополож­ ной полярности. В результате последняя контактирует с коллектором через значительно меньшее количество частичек, что и обусловливает повышение переходного падения напряжения под ней [Л. 3-3]. Р. Хольм [Л. 1-9], ссылаясь на [Л. 3-6] и некоторые другие источники, объ­ ясняет отмечаемое неравенство особенностями взаимо­ действия приложенного к контакту электрического поля и положительно заряженных ионов материала коллекто­ ра (т. е. меди), вырывающихся с его поверхности. Эти особенности состоят в том, что под катодно-поляризо- ванной электрощеткой направление поля способствует перемещению положительных ионов меди из тела кол­ лектора к политуре, где они принимают участие в обра­ зовании слоя Cu2 0, являющегося полупроводником. Под анодно-поляризованной электрощеткой направление поля препятствует подобному перемещению катионов меди. Здесь в зону контакта по направлению к политуре пере­ мещаются положительно заряженные носители тока, вы­ рывающиеся из материала электрощетки. Если послед­ няя изготовлена из графита или электрографита (а имен­ но такой случай изображен на рис. 3-3), ионы этих ма­ териалов не образуют на политуре изолирующих соеди­

в своем объяснении, хотя и отводит политуре некоторую роль, связывает рассматриваемое неравенство с явлени­ ем переноса ионов меди. Между тем электропроводность меди является электронной и причину возникновения неравенства переходного падения напряжения под электрощетками разной полярности следует искать в условиях перемещения носителей тока через переходы. Эти условия для переходов, расположенных под анодно- поляризованной электрощеткой, таковы, что содействуют понижению высоты потенциального барьера на границе перехода. Для переходов, находящихся под электрощет­ кой противоположной полярности, соответствующие ус­ ловия увеличивают высоту потенциальных барьеров на

41

границе перехода. Соответственно изменяется величина работы выхода электронов из меди и слоя ее закиси. В результате представляется возможным заключить, что значение Аиц должно превышать величину Лыю. Послед­ нее и предопределяет неравенство Д£/_>Д£/+. При этом не следует представлять себе дело так, что последнее соотношение является абсолютным. В случае, если ма­ териал электрощеток содержит в своем составе медь, а также и под влиянием повышенных температур, при­ веденное неравенство из-за отрицательного температур­ ного коэффициента сопротивления окиси меди может из­

вия перехода носителей тока под катодно-поляризован- ной электрощеткой оказываются изменившимися, что создает предпосылки для существенного облегчения пе­ рехода под электрощеткой-катодом.

Влияние политуры на соотношение величин Д£/_ и AU+, равно как весь ход кривой 2AU=f(j), убедительно иллюстрируется рис. 3-4,а; линия / получена при испы­ тании электрощеток на медном коллекторе, линии 2—5 на коллекторах, изготовленных соответственно из угля, серебра, золота и электрографита. Из перечисленных здесь материалов только медь способна образовывать слой политуры — полупроводника, которому свойственно, как это было показано на рис. 2-1, сообщать вольт-ам­ перной характеристике способность сохранять постоян­ ными значения напряжения при возрастании значений/. Прочие из перечисленных материалов, не обладая спо­ собностью окисляться, политуры не образуют. Отсутствие последней и предопределяет прямолинейный характер за­ висимости 2AU=f(j). Линия 5 рис. 3-4,а интересна тем, что характеризует величины AU, измеренные под элек­ трощетками различной полярности. Оказывается, что при отсутствии политуры AU-=AU+ [Л. 3-8]. Последнее со­ отношение еще раз подтверждает соображение о влия­ нии политуры на образование неравенства AU->AU+.

Графики на рис. 3-4,а получены при испытании электрографитированных электрощеток на вращающихся кон­ тактных элементах, изготовленных из различных мате­ риалов. Если переменным сделать материал электроще­ ток и зафиксировать материал коллекторов, изготовив,

42

их из меди, то вольт-амперные характеристики приобре­ тут вид, показанный на рис. 3-4,6. Здесь видны качест­ венные и главным образом количественные различия изображенных кривых и явная их зависимость от марки электрощеточного материала. Линия 6 получена при со­ ответствующих испытаниях электрографитированных

6

в контакте (б) и состава электрощеток (е) на переходное падение напряжения в скользящем контакте.

электрощеток, линия 7 —натуральнографитных, а линия 8 — медно-графитных. Графики, подобные изображенным на рис. 3-4,6, приводятся в каталогах многих фирм, из­ готавливающих электрощетки. Эти графики используют­ ся для расчета электрических потерь в скользящем кон­ такте. Для упрощения расчетов в последнее время предпринимаются попытки описать подобные графики с помощью специально подобранных эмпирических фор­ мул. Впервые подобная попытка была осуществлена ав­ тором в 1958 году. Воспользовавшись статистикоматематическими методами и подвергнув корреляционно­ му анализу результаты многолетних массовых испытаний электрощеточ-ных материалов отечественного пронзвод-

43