Щеточно-коллекторный узел
Полезная модель относится к области электромашиностроения, в частности коллекторным электрическим машинам постоянного тока общепромышленного и авиационного исполнения с пониженным износом щеток у которых на щеточном пальце расположено два или более щеткодержателя с токосъемными щетками. Предложен щеточно-коллекторный узел электрической машины у которого политурообразующие щетки, обладающие высокой скоростью образования политурной пленки установлены на рабочие дорожки токосъемных щеток таким образом, что участвуют в процессе токопередачи, удельное электрическое сопротивление угольного столба их имеет значение, не допускающее их перегрузку рабочим током, а количество выбирается из условий равного токораспределения по щеточным пальцам и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение износа токосъемных щеток за счет ускорения процесса образования на поверхности коллектора политурной пленки. Щеточно-коллекторный узел содержит коллектор 1, токосъемные щетки 2, политурообразующие щетки 3. За счет установки политурообразующих щеток идет ускоренное образование политурной пленки, что приводит к снижению износа токосъемных щеток П.Ф. 1 илл.
Полезная модель относится к области электромашиностроения, в частности коллекторным электрическим машинам постоянного тока общепромышленного и авиационного исполнения с пониженным износом щеток у которых на щеточном пальце расположено два или более щеткодержателя с токосъемными щетками.
Известна токосъемная углеродистая щетка с цилиндрическими вставками из высотной массы, содержащей дисульфид молибдена, отличающаяся тем, что с целью улучшения эксплуатационных свойств и износов щеток, оси вставок расположены в плоскостях поперечных сечений щетки, причем сами вставки расположены в шахматном порядке двумя рядами, ширина каждого из которых равна половине ширины щетки, а каждая вставка одного ряда смещена относительно соседней вставки другого ряда на расстояние, равное диаметру вставки (авт.свид. СССР 
746794, кл. H01R 43/12). К недостаткам указанной щетки можно отнести наличие в ней смазки, что снижает технологичность, наличие отверстий в материале щетки способствует снижению ее механической прочности, что особенно важно для электрических машин авиационного исполнения, работающих при повышенных вибрациях, неравномерность износа коллектора под высотной вставкой и другой половиной щетки, ухудшает механику контакта щетка-коллектор, что может привести к повышенному искрению и износу щеток.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является щеточно-коллекторный узел, содержащий коллектор, разнополярные токосъемные щетки, установленные в диаметрально противоположные щеткодержатели, и дополнительные щетки, отличающийся тем, что с целью уменьшения износа токосъемных и дополнительных щеток, дополнительные щетки установлены подпружинено в дополнительно введенных щеткодержателях между разнополярными токосъемными щетками на каждую дорожку коллектора, длина каждой дополнительной щетки равна длине токосъемной щетки, а ширина выбрана больше толщины изоляции между коллекторными пластинами, причем дополнительные щетки выполнены из смеси, содержащей дисульфид молибдена 80-95% и нетокопроводящее связующее - остальное - до 100% от массы смеси (авт.свид. СССР 1815710, кл. H01R 39/00).
К недостаткам этого щеточно-коллекторного узла можно отнести усложнение конструкции из-за введения дополнительных щеткодержателей, невозможность применения дополнительной щетки в случае, когда микро температура в зоне контакта токопроводящая щетка-коллектор превышает 400°С и пленка дисульфида молибдена переходит в оксид, обладающий абразивными свойствами, увеличивая износ как токопроводящих, так и дополнительных щеток.
Технической задачей предлагаемой модели является снижение износа токосъемных щеток за счет ускорения процесса образования на поверхности коллектора политурной пленки.
Техническая задача достигается тем, что щеточно-коллекторный узел, содержит коллектор, разнополярные токосъемные щетки, политурообразующие щетки, обладающие высокой скоростью образования политурной пленки, которые установлены на рабочие дорожки токосъемных щеток таким образом, что участвуют в процессе токопередачи, удельное электрическое сопротивление угольного столба их имеет значение, не допускающее их перегрузку рабочим током, а количество выбирается из условий равного токораспределения по щеточным пальцам и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе.
Предложенная конструкция поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема расположения токосъемных и политурообразующих щеток на коллекторе.
Предлагаемая конструкция щеточно-коллекторного узла (фиг.1) содержит коллектор 1, токосъемные щетки 2, политурообразующие щетки 3, установленные на рабочие дорожки токосъемных щеток 2.
Работает устройство следующим образом. При вращении коллектора 1 рабочий ток будет проходить как по токоведущим щеткам 2, так и по политурообразующим щеткам 3. Политурообразующие щетки 3, установленные на одной дорожке с токосъемными щетками 2, ускоряют процесс образования политурной пленки. Количество политурообразующих щеток 3 подбирается опытным путем из условий равного токораспределения по щеточным пальцам (не показаны) и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе.
У электрических машин, работающих в режимах, нарушающих политурную пленку (например, стартерный режим, которому в большинстве случаев сопутствует интенсивное искрение по переходным процессам наброса - сброса нагрузки) на каждую рабочую дорожку коллектора вместо токосъемных щеток устанавливается одна или несколько политурообразующих щеток, щеток обладающих повышенной скоростью формирования политурной пленки. Такими, как показали наши исследования являются щетки марок ЭГ-74, ЭГ-61, ЭГ-4 [А.И.Изотов, Г.А.Мамаев, Н.А.Головин, С. В.Никулин, В.А.Шабардин «Снижение износов щеток специального генератора» Всероссийская научно-техническая конференция «Наука-производство-технология-экология». Киров, 2007 г. с.278-282.]. Количество политурообразующих щеток выбирается из условий равного токораспределения по щеточным пальцам и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе. Политурообразующие щетки включены в схему токопередачи, их марка подбирается из условия, чтобы удельное сопротивление угольного столба было больше либо равно сопротивлению штатных щеток для исключения их перегрузки рабочим током. Для определения времени t и скорости V формирования политурной пленки (
, где R - конечное сопротивление политурной пленки за время t) машина, оборудованная политурообразующими щетками включается под рабочую нагрузку с замером через определенные промежутки времени усредненного значения сопротивления политурной пленки на коллекторе и определяется время и скорость формирования пленки [А.И.Изотов, В.А.Шабардин, С.А.Изотов и др. «Способ определения времени формирования политурной пленки на коллекторе электрической машины» МКИ5 H01R 30 00 А.С.1468346, 1988 г.]. Методика замера сопротивления политурной пленки состоит в том, что в два щеткодержателя устанавливаются фальшщетки 1 (фиг.2) из текстолита, в которых вмонтированы электроды 2. На щетки 1 создается давление штатными пружинами. И электронным омметром замеряется суммарное сопротивление политурной пленки на двух дорожках коллекторной пластины (перед началом измерений определяется сопротивление подводящих проводов и перехода контактных стержней путем их замыкания). Сопротивление пленки коллектора определяется как среднее арифметическое значение сопротивления всех пластин.
По результатам испытания выбираются марка и количество политурообазующих щеток, обеспечивающее более быстрое формирование политурной пленки на коллекторе.
Предложенный способ был апробирован на двух генераторах авиационного исполнения ГС-12ТОК, которые используются на ряде летательных объектов (например АН-124) в виде стартеров для запуска силовых установок (тип ТА-12). На генераторах используются щетки МГС-7И. Генераторы работают по режиму: несколько запусков и затем работа в обесточенном состоянии. За счет искрения во время переходных процессов наброса-сброса нагрузки, происходит нарушение политурной пленки, которая очень медленно восстанавливается при работе в обесточенном состоянии в связи с чем и наблюдается повышенный износ щеток (в случае работы генератора с номинальной токовой нагрузкой повышенный износ щеток отсутствует). Проведенные нами работы по оценке политурообразующих свойств большого количества отечественных щеток позволили выделить 3 марки щеток: ЭГ-61, ЭГ-74 и ЭГ-4, обладающих способностью ускоренного образования политурной пленки.
Оценка способности этих щеток в сочетании со щетками МГС-7И ускорять процесс образования политурной пленки проводилась на 2 генераторах ГС-12ТОК. Вначале был исследован процесс образования политурной пленки в случае, когда на коллекторе стояли щетки МГС-7И. Каждый исследовательский цикл включал 3 запуска и 10 час.работы в обесточенном состоянии. В конце каждого цикла измерялось сопротивление политурной пленки. В дальнейшем политурная пленка на генераторах была снята на станке и вместо 6 штатных щеток установлены политурообразующие (ЭГ-61 и ЭГ-74) (по 2 на каждой дорожке) (Фиг.1) и проведены аналогичные испытания. Результаты испытаний представлены на Фиг.3. Как следует из полученных данных, применение политурообразующих щеток позволяет значительно ускорить процесс образования политурной пленки.
В настоящее время политурообразующие щетки ЭГ-61 установлены на генераторе ГС-12ТОК (объект АН-124) и прошли летные испытания на ЗАО АК «Полет» г.Ульяновск. В соответствии с результатами испытаний, применение политурообразующих щеток позволило в 2 раза уменьшить износ штатных щеток (износ политурообразующих щеток меньше чем штатных). Рабочие характеристики генератора соответствуют ТУ на поставку генератора.
На фиг.4 показано расположение политурообразующих щеток ЭГ-61 (3) в сочетании со щетками МГС-7И (2) на коллекторе (1) генератора ГС-12ТОК проходившем ресурсные стендовые испытания на вспомогательном газотурбинном двигателе ТА-12(А). Генератор работал только в пусковом режиме без режима холостого хода. Наработка генератора составляла 8250 запусков. После моторных испытаний сопротивление политурной пленки увеличилось. Суммарное сопротивление политурной пленки на первой и второй дорожке составило 0,207 Ом, на второй и третей 0,254 Ом - большему числу политурообразующих щеток соответствует большее сопротивление политурной пленки (сопротивление политурной пленки до моторных испытаний было равно 0,1 Ом.
Таким образом, поставленная техническая задача достигнута.
Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор, разнополярные токосъемные щетки, отличающийся тем, что содержит политурообразующие щетки, обладающие высокой скоростью образования политурной пленки, которые установлены на рабочие дорожки токосъемных щеток таким образом, что участвуют в процессе токопередачи, удельное электрическое сопротивление угольного столба их имеет значение, не допускающее их перегрузку рабочим током, а количество выбирается из условий равного токораспределения по щеточным пальцам и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе.
