Щеточно-коллекторный узел электрической машины

 

Изобретение относится к электрическим машинам, работающим в тяжелых условиях эксплуатации, например к тяговым электрическим машинам. Цель изобретения - повышение надежности щеток и коллектора в эксплуатации, снижение коэффициента трения в контакте. В щеточно-коллекторном узле отрицательные щетки выполнены с мономодальной пористой структурой, щетки положительной полярности выполнены из материала с бимодальной пористой структурой, а критерии дугостойкости коллектора, отрицательных и положительных щеток связаны определенными соотношениями. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 01 R 39/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4292421/24-07 (22) 30.07.87 (46) 30.1 0.90, Бюл. ¹ 40 (71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта и Всесоюзный научноисследовательский и проектно-технологический институт электроугольн ых изделий (75) П.П.Смазнов, А,М.Бордаченков, В.В. Бел ьдей и А,А. Реморо в (53) 621.3.047 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 534818, кл. Н 01 R 39/04, 1976.

Пути совершенствования тягового электропривода транспортных средств. М.:

Межвузовский сборник научных трудов

МИИТа. Вып. 789, 1987, с. 70.

Разработка системы электроснабжения и контактных элементов токосьема для опытного полигона ВСНТ, тема 50 — 84:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в щеточноколлекторном узле электрических машин, работающих в тяжелых условиях по коммутации при.широком регулировании частоты вращения и токовой нагрузки, при значительных вибрациях и воздействии ударных ускорений, например тяговых электрических машин электроподвижного состава и тепловозов.

Целью изобретения является повышение надежности щеток и коллектора в эксплуатации и снижение коэффициента трения s контакте.

„„5LI „„1603467 А1

Отчет о НИР, М.: МИИТ, 1984, с. 120 — 121.

Авторское свидетельство СССР № 964810, кл. Н 01 R 39/00, 1982. (54) ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электрическим машинам, работающим в тяжелых условиях эксплуатации, например к тяговым электрическим машинам. Цель изобретения— повышение надежности щеток и коллектора в эксплуатации и снижение коэффициента трения в контакте. В щеточно-коллекторном узле отрицательные щетки выполнены с мономодальной пористой структурой, щетки положительной полярности — из материала с бимодальной пористой структурой, а критерии дугостойкости коллектора, отрицательных и положительных щеток связаны определенными соотношениями., 1 ил.

На чертеже изображена электрическая схема щеточно-коллекторного узла электрической машины.

На коллекторе 1 в окнах щеткодержателей 2 и 3 находятся электрощетки положительной 4 и отрицательной 5 полярностей.

Щеточно-коллекторный узел работает следующим образом, При вращении якоря электрической машины с частотой вращения и по ее коллектору 1 скользят электрощетки 4 и 5. Ток якоря t от источника питания подводится к обмотке якоря через щетки положительной полярности и отводится в сеть через щетки

1603467

55 отрицательной полярности (направление тока на чертеже показано стрелками), Дугостойкость отрицательных и положительных щеток выражается через критерии, определяемые по формулам:

AmK п о . Amfl

О =Гж О =Illt О"=Гж где DK, С4 и Оп — соответственно критерии дугостойкости (мг/кА. с) материала коллектора, отрицательных и положительных щеток;

Л вк, Ь то и Л ПЪ вЂ” соответст вен но изменение (мг) массы материала коллектора, щеток отрицательной и положительной полярностей от воздействия электрической дуги силой тока! (кА) за время Л t (с), Щетки отрицательной полярности выполнены из материала с мономодальной пористой структурой, а щетки положительной полярности — из материала с бимодальной пористой структурой, Критерии дугостойкости Dk, Do u Dn связаны между собой соотношениями;

Оо Dn = 1 - 8

Оо+Оп, 2

: DK = 8 — 20.

Наилучшей дугостойкостью обладают щетки с мономодальной пористой структурой, так как благодаря такому распределению открытых пор при указанных значениях их радиусов за счет мгновенной ионизации межпорового пространства дуговой разряд непрерывно перемещается по площади контакта, не вызывая при этом разрушения контактных поверхностей без образования кратеров и видимых поражений щетки от дуги. Наиболее оптимальное отношение критериев дугостойкости мономодальнопористых щеток и коллекторной меди Dc, .Ок—=

=1 - 8, т.е. дугостойкость мономодальных щеток приближается к дугостойкости коллекторной меди. Если это отношение ниже указанного предела, резко ухудшаются процессы политурообразования, увеличивается выработка и снижается надежность коллектора в эксплуатации, В случае, если отношение критериев выше указанного предела, увеличивается износ щеток, что приводит к снижению надежности щеток в эксплуатации. Это обьясняется тем, что для отрицательной щетки поверхность вращающегося коллектора является дискретным возбудителем электрической дуги при фриттинге коллекторной пленки, В результате воздействия дуги на отрицательную щетку, выполненную с мономодальным распределением открытых пор, не происходит глубоких кратериальных поражений контактной поверхности щеток, так как дуга при искрообразовании непрерывно перемещается

45 под контактной lloBGpxHQGTblo щетки, причем скорость ее перемещения от одной поверхности к другой в тангенциальном и аксиальном направлениях щетки зависит как от соотношения размеров пор мономодального распределения, так и от скорости вращения коллектора и фриттунга коллекторной пленки, В случае установки щеток с мономодальной пористой структурой в щеткодержатели положительной полярности получается обратный. процесс дугообраэования, т.е, положительная щетка возбуждает дугу на поверхности скольжения коллектора. При этом из-за фриттинга и стягивания линий тока скорость перемещения дуги по контактной поверхности мономо-, дальнопористых щеток значительно снижается и отдельные участки щеток, где концентрируется пробег дуги, подвержены глубокому поражению. В результате этого износ щеток увеличивается в несколько раэ, что приводит к нарушению политурообразования и, следовательно, к значительному возрастанию износа отрицательных щеток..

Щетки с бимодальной пористой структурой обеспечивают более устойчивую стабильность контакта в электрическом отношении, так как продукты износа щеток активно внедряются в оксидную пленку, снижая количество случаев фриттинга. Однако из-за специфики распределения пор дуга при возбуждении не перемещается по поверхности щеток и вызывает глубокие поражения в виде кратеров, При установке таких щеток в щеткодержатели отрицательной полярности вследствие отсутствия перемещения дуги по контактной поверхности происходит увеличение износа щеток на отдельных участках воздействия дуги с интенсивным внедрением продуктов износа в оксидную пленку. При этом нарушается политурообразование с возникновением заволакивания поверхности скольжения коллектора, Однако при установке таких щеток в щеткодержатели положительной полярности из-за сокращения количества случаев фриттинга политурообразование и состояние поверхности скольжения коллектора улучшаются. Дугостойкость определяется на образцах материала коллектора, отрицательных и положительных щеток по убыли их массы от воздействия электрической дуги силой тока 0,12 -0,15 кА в течение

2 — 15 с в зависимости от состава материала коллектора и щеток, При значениях соотношения критериев

Оо, Оп и Ок, выходящих за указанные пределы, работа и надежность щеточно-коллекторного узла ухудшаются.

1603467

При значениях ниже указанного предела ухудшается коммутация за счет возрастания токопереноса при помощи внедрения продуктов износа в коллекторную пленку, что приводит к разрушению политуры кол- 5 лектора и увеличению его выработки. При значениях выше указанного предела значительно возрастает износ положительных щеток из-за снижения их дугостойкости.

В случае установки во все щеткодержа- 10 тели крупнопористых щеток увеличивается вероятностЬ возникновения заволакивания коллекторной меди, так как резко снижается количество контактных пятен и уменьшается механическая стабильность контакта, 15

При этом надежность щеток и коллектора понижается.

При установке во все щеткодержатели мелкопористых щеток с мономодальным распределением пор снижается надеж- 20 ность щеток из-за возрастания их износа, так как токосьем осуществляется лишь за счет фриттинга коллекторной пленки, а частицы износа с мономодальным распределением пор не внедряются в коллекторную 25 пленку.

В случае установки мономодальных щеток в щеткодержатели положительной полярности, а щеток с преобладающим радиусом открытых пор, в 1,1 — 35 раз пре- 30 вышающим преобладающий размер радиуса открытых пор мономодальнопористых щеток, в щеткодержатели отрицательной полярности нарушаются условия политурообразования, возникает заволакивание коллектора, что приводит к повышению износа щеток, увеличению выработки коллектора и снижению надежности в эксплуатации щеточно-коллекторного узла в целом.

Формула изобретения

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор, щетки отрицательной и положительной полярностей, выполненные из пористого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности щеток и коллектора и снижения коэффициента трения в контакте, щетки отрицательной полярности выполнены из материала с мономодальной пористой структурой, щетки положительной полярности выполнены иэ материала с бимодальной пористой структурой, а критерии дугостойкости материалов коллектора, щеток отрицательной и положительной полярностей связаны соотношениями:

Dp .Ок= 1 - 8:

Do + Dn, 2

: Ок =8 -20

У где Do — критерий дугостойкости материала щеток отрицательной полярности;

Dn — критерий дугостойкости материала щеток положительной полярности;

D< — критерий дугостойкости материала коллектора.

16034б7

Составитель В. Чернова

Редактор А. Лежнина Техред M.Moðãåíòàë Корректор T. Палий

Заказ 3390 Тираж 417 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1.13035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский ксмбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101