Файл: Аврух, В. Ю. Устройство и эксплуатация щеточных узлов современных турбогенераторов и турбовозбудителей.pdf

ствовать как ускорению, так и замедлению коммутации. Здесь все зависит от того, в какой мере повышается пе­

реходное напряжение AU для набегающего края щетки,

которое действует встречно по отношению к коммутиру­ ющей э. д. с., и в какой мере повышается наклон вольт-

амперной характеристики при малых плотностях, при ко­ торых работает сбегающий край. Повышение наклона равносильно увеличению r2, т. е. усилению коммутирую­ щей э. д. с.

В нашем случае, как уже отмечалось, коммутация за­ медляется для электрических щеток всех марок, однако

при сопоставлении кривых, приведенных на рис. 3-4 и 3-5, очевидно, что степень замедления коммутации нахо­ дится в прямой зависимости от вида водьт-амперных

характеристик при наличии коллекторной пленки? Дейст­ вительно, переходное падение напряжения, например, для щеток марок ЭГ-4 и ЭГ-74 при высоких плотностях тока

практически одинаково, но крутизна вольт-амперной ха­ рактеристики для щеток марки ЭГ-74 значительно боль­ ше, чем для щеток марки ЭГ-4. Поскольку увеличение крутизны вольт-амперной характеристики равносильно

усилению коммутирующей э. д. с., то степень замедления коммутации для щеток марки ЭГ-4, имеющих более по­

логую вольт-амперную характеристику, оказалась боль­ шей, чем для щеток марки ЭГ-74.

Проведенные эксперименты показывают, что при об­ разовании политуры происходит существенное смещение физической нейтрали машины, связанное с изменением вида вольт-амперных характеристик щеток. В свою оче­ редь на вид вольт-амперных характеристик значительное влияние оказывает коллекторная пленка. Подтверждени­

ем последнего положения служит следующий экспери­ мент. На короткозамкнутом коллекторе была снята вольт-

амперная характеристика щеток марки ЭГ-4 (кривая 3 на рис. 3-6). Затем политура была сошлифована и установ­

лены щетки марки ЭГ-14. Через 25 ч работы определя­

лась их вольт-амперная характеристика (кривая/). Пос­ ле этого на коллектор, имевший политуру, сформирован­ ную щетками марки ЭГ-14, установлены щетки марки ЭГ-4 и сразу же определена их вольт-амперная характе­ ристика. Сопоставление кривых 1 и 2на рис. 3-5 показыва­ ет, что щетки марки ЭГ-4 имеют, работая по политуре щеток ЭГ-14, вольт-амперную характеристику, практи­ чески не отличающуюся от характеристики щеток ЭГ-14,

34

Экспериментальная проверка показала, что температура скользя­ щего контакта зависит от вида выделяющихся потерь. Причем если будет преобладать составляющая, обусловленная механическими по­

терями, то температура нагрева щеток будет неравномерной вслед­

ствие разной величины коэффициента трения. Это приведет к нерав­ номерной токовой нагрузке щеток на бракетах и будет способствовать болыіШхМ перегрузкам отдельных щеток и их искрению. Преоблада­ ние электрических потерь в контакте достигается при определенных

плотностях тока и значительно уменьшает потери трения. Температу­

ра контакта в этом случае определяется электрическими потерями,

что приводит к выравниванию нагрева щеток и более равномерной нагрузке. В то же время под щетками создается больше контактных

точек проводимости, что улучшает токораспределение по отдельным

щеткам. , - • При линейных вольт-амперных характеристиках изменение пере­

ходного падения напряжения, постоянно наблюдаемое в процессе

работы контакта, приводит к тому, что плотность тока под щетками

изменяется незначительно и, что самое главное для коммутации, изменение тока коммутации происходит по линейному закону. Одна­ ко такой режим работы щеточного контакта^возможен не на всех марках щеток. Щетки, не обладающие полирующими свойствами, на­

водят толстый слой пленки и обеспечить линейность вольт-амперных характеристик не могут.

В практике наблюдаются случаи заволакивания (смещения) меди с поверхности ламелей в межламельное пространство. Работа скользящего контакта в случае заволйкивания меди в коллекторах с ламелями, выполненными с фасками и без фасок, может быть про­

иллюстрирована следующим экспериментом. Эксперимент проводился на ранее описанной машине мощностью 9 кВт с коллекторными ла­ мелями без фасок, с фасками, равными 1 мм по катету с двух сто­ рон, и с фаской по катету 0,5 мм с одной стороны, а с другой стороны без фаски.

После 20 ч испытаний якорь устанавливался в центрах микроско­

па типа УИМ-21, и при девятикратном увеличении поверхности кол­ лектора наблюдался полученный эффект. Для изучения влияния

режима работы машины на прочностные характеристики коллектор­ ной меди измерялась твердость коллекторных пластин на одном из

36

следов до и после 20 ч испытаний. Измерение твердости ііа коллек­ торе производилось по Бринеллю. Оценка коммутации электрической машины производилась с помощью индикатора искрения ИИ-5, ра­

ботающего на принципе измерения высокочастотных составляющих

на якорных зажимах.

Уровень искрения, определенный с помощью индикатора ИИ-5 в условных единицах (табл. 3-3), позволил предположить о некото­ ром расхождении в положении физической нейтрали при работе

Зависимость между токораспределением в сбегающем 'и набе­ гающем краях щетки по разности напряжений в них от тока нагруз­

ки по методу Карасева — Черномашенцева [Л. 4] показывает, что при работе с маркой ЭГ-74 при этой же настройке геометрической

нейтрали нарушается характер коммутации. В данном случае для сохранения оптимальной коммутации при работе щеток марки ЭГ-74 необходим небольшой ток оптики при /я = 30 А. Способность щеток

марки ЭГ-74 обеспечивать меньшее отступление от оптимальной ком­

мутации по сравнению с маркой ЭГ-4 объясняется тем, что щетки марки ЭГ-7£ имеют вольт-амперную характеристику, приближающую­ ся к условию Гщ = const.

Результаты испытаний коллектора с ламелями без фасок и с фас­ ками различного размера в номинальном режиме работы электриче­ ской машины со щетками марки ЭГ-14 приведены в табл. 3-4. x

Таблица 3-4

Работа коллектора с различной конструкцией ламели

Конструкция ламелей коллектора Результат испытаний

37

Как видно из табл. 3-4, конструкция ламели оказала существен­ ное влияние на результаты испытаний. Следы электроэрозии, грани­ чащие с небольшими фасками, позволяют предположить, что при пе­ реходе от испытания коллектора с ламелями без фасок к ламелям с фасками время коммутации было уменьшено, и заволакивание меди может быть уменьшено также путем соответствующей раздвижки щеток. Необходимо отметить, что никаких отклонений в процессе коммутации на коллекторе с ламелями с фасками и без фасок инди­

каторами ИИ-5 не было обнаружено (показания стрелочного прибора

во всех режимах были одинаковы).

Проведенное измерение твердости коллекторной меди па собран­

ном коллекторе показало, что ее нижний допустимый предел твердо­

сти составляет 75 НБ.

После испытаний машины в длительном режиме без фасок на

коллекторе на большей части пластин твердость повысилась. В связи с тем, что измерение твердости на собранном коллекторе не исклю­ чает некоторых погрешностей, результаты измерений усреднялись, в результате чего твердость ламелей составила 78 единиц.

Таким образом, при работе в данном режиме имел место наклеп

меди. Этот факт показывает, что явление заволакивания в данном

случае не связано с нагревом коллектора до температур, близких к температуре рекристаллизации. Пластическая деформация меди наступила из-за низкой твердости и соответственно низкой тепло­ устойчивости коллекторной меди.

Глава четвертая

Электрофизические и механические процессы в скользящем контакте контактных колец

Сравнивая работу щеточных аппаратов турбогенера­

торов и турбовозбудителей, необходимо отметить, что

хотя в первом случае отсутствуют условия, связанные с задачами обеспечения безыскровой коммутации, одна­ ко проблема обеспечения надежности работы щеточно­ контактного аппарата столь же сложна. Причем наладка и обеспечение длительной работы щеточно-контактного аппарата аналогичны наладке и обеспечению длитель­ ной работы щеточно-коллекторного узла (конечно, за исключением коммутации).

В то же время при работе щеток на контактных коль­ цах сложнее выполнимы задачи обеспечения стабильно­ го контакта. Так, если в качестве материала для коллек­ торов используется медь или сплавы на основе меди, то для контактных колец можно использовать только сталь,

обладающую худшими контактными свойствами по срав­ нению с медью и сплавами на основе меди.

Окружная скорость контактных колец на рабочей по­ верхности из-за больших диаметров колец составляет

38