Диссертация (Снижение износа щеток в коллекторных машинах постоянного и переменного тока)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиТимошенко Вячеслав НиколаевичСНИЖЕНИЕ ИЗНОСА ЩЁТОК В КОЛЛЕКТОРНЫХМАШИНАХ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКАСпециальность 05.09.01 – Электромеханика и электрическиеаппаратыДиссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:профессор кафедры «Электрическиемашины и аппараты» ВятГУ,заслуженный работник высшейшколы, кандидат технических наук,Изотов А.И.Киров 2018ВыражаюглубокуюблагодарностьнаучномуконсультантуВиктору Яковлевичу Беспалову за полезные рекомендации и поддержку привыполнении диссертационной работы.СОДЕРЖАНИЕВведение............................................................................................................. 3Глава 1. Проблема износа токоведущих щёток в электрических машинах.....................................................................................................................................

121.1 Проблема износа токоведущих щёток в электрических машинах,работающих в нормальных климатических условиях ...................................... 121.2 Способы снижения износа токоведущих щёток в электрическихмашинах общепромышленного применения ..................................................... 171.3 Проблема износа токоведущих щёток в электрических машинах,работающих в высотных условиях ......................................................................

221.4 Способы снижения износа токоведущих щёток в электрическихмашинах, работающих в условиях вакуума ....................................................... 26Выводы по главе 1 ...................................................................................... 33Глава 2. Снижение износа токоведущих щёток в коллекторныхэлектродвигателях постоянного тока, предназначенных для работы в высотныхусловиях ..................................................................................................................... 342.1 Влияние политурной плёнки на износ токоведущих щёток вэлектрических машинах постоянного тока, работающих в высотных условиях.................................................................................................................................

342.2 Влияние материала коллектора на износ токоведущих щёток ........ 392.3 Влияние установки смазывающих щёток, выполненных на основедисульфида молибдена, на износ токоведущих щёток ..................................... 402.4 Результаты промышленных испытаний в высотных условияхдвигателей постоянного тока герметизированного исполнения в случаеприменения щёточно-коллекторного узла, оборудованного смазывающейщёткой ....................................................................................................................

442.5 Влияние хранения электрических машин на эффективностьсмазывающих щёток, выполненных на основе дисульфида молибдена ......... 45Выводы по главе 2 ...................................................................................... 47Глава 3. Методика ускорения образования политурной плёнки наколлекторах электрических машин постоянного тока .......................................... 493.1 Особенности работы стартёр-генератора ГС-12ТОК........................ 493.2 Применение политурообразующих щёток для снижения износатоковедущих щёток стартёр-генератора ГС-12ТОК .........................................

52Выводы по главе 3 ...................................................................................... 67Глава 4. Снижение износа токоведущих щёток в коллекторныхэлектрических машинах переменного тока ............................................................ 704.1 Методика определения оптимального положения токоведущихщёток по уровню искрения в коллекторных электрических машинахпеременного тока .................................................................................................. 704.2 Причины снижения искрения токоведущих щёток при нетрадиционном смещении их по направлению вращения якоря .......................

774.3 Влияние применения реактивного щёткодержателя на снижениеизноса токоведущих щёток и уровень радиопомех ........................................... 85Выводы по главе 4 ...................................................................................... 91Глава 5. Эффективность применения смазывающих щёток, выполненныхна основе дисульфида молибдена в коллекторных электрических машинахпеременного тока.......................................................................................................

925.1 Влияние материала коллектора на его температуру и эффективностьприменения смазывающих щёток ....................................................................... 925.2 Расчёт влияния отклонений параметров щёточно-коллекторногоузла на температуру в зоне контакта щётка-коллектор .................................... 995.3 Модели износа коллектора и токоведущих щёток при установкесмазывающих щёток ...........................................................................................

104Выводы по главе 5 .................................................................................... 115Заключение .................................................................................................... 117Список литературы ....................................................................................... 122Приложение I ................................................................................................. 137Приложение II ............................................................................................... 138Приложение III ..............................................................................................

141Приложение IV .............................................................................................. 143Приложение V ............................................................................................... 145Приложение VI .............................................................................................. 146Приложение VII............................................................................................. 147Приложение VIII ...........................................................................................

149Приложение IX .............................................................................................. 150Приложение X ............................................................................................... 152ВВЕДЕНИЕАктуальность работы.

В настоящее время среди распространённыхэлектромеханическихпреобразователейэнергииимеютсяэлектрическиемашины, оснащённые системами скользящего токосъёма (коллекторныеэлектрические машины постоянного тока, коллекторные электрическиемашиныпеременноготока,синхронныесобмоткойвозбужденияиасинхронные электрические машины с фазным ротором). Коллекторныеэлектрические машины активно используются для работы в высотныхусловиях. Связано это с имеющимися у них общепринятыми преимуществамиперед бесконтактными машинами, такими как дешевизна и простотаконструкции, наличие глубокого теоретического и практического базиса поконструированию и эксплуатации, как самих машин, так и щеточно-контактныхузлов.Одним из основных недостатков электрических машин, оснащённыхщёточно-коллекторным узлом, является износ токоведущих щёток, которыйопределяет ресурс работы электрической машины.

Диссертация посвященаисследованию снижения износа щёток в коллекторных машинах постоянного ипеременного тока в случае применения разных марок щёток и материалаколлектора; применения смазывающих щёток, изготовленных на основедисульфидамолибденаиоценкевлияниядлительногохранениянаэффективность применения смазывающих щёток; вопросам ускоренногообразования политурной плёнки на коллекторе; уменьшению износа щёток вмашинах постоянного тока, работающих в пусковых режимах; уменьшениюизноса щёток в коллекторных машинах переменного тока; созданиюфизических моделей износа щёток и коллектора в коллекторных машинахпеременного тока без смазывающих щёток, а также в случае применениясмазывающих щёток, выполненных на основе дисульфида молибдена иявляется актуальной.3Цель диссертационной работы: проведение экспериментальных итеоретических исследований по оценке возможности снижения износатоковедущих щёток в коллекторных электрических машинах постоянного ипеременного тока, предназначенных для работы в нормальных и высотныхусловиях; снижение износа коллекторов; оценка эффективности применениясмазывающих щёток, выполненных на основе дисульфида молибдена всочетании с разными материалами коллекторов; создание методики поускоренному образованию политурной плёнки на коллекторе в многощёточныхсистемах; снижение износов щёток путём их смещения относительногеометрической нейтрали, а также уменьшение уровня радиопомех помощности и напряжению в коллекторных машинах переменного тока.Предмет исследования: процессы, происходящие в зоне контакта щёткаколлектор при образовании в ней политурной плёнки, параметры контакта,влияющие на износ токоведущих щёток и коллектора.Объектисследования:коллекторныеэлектрическиемашиныпостоянного тока, предназначенные для работы в нормальных и высотныхусловиях; коллекторные электрические машины переменного тока.Задачи исследования:Исследование причин повышенного износа токоведущих щёток приработе в высотных условиях при разной степени герметизации двигателей испособы его снижения за счёт выбора материала коллектора и применениясмазывающей щётки, выполненной на основе дисульфида молибдена маркиДМС-140.2.

Разработка методики снижения износа токоведущих щёток за счётустановки в систему токопередачи наряду со штатными щётками токоведущихщёток, обладающих повышенной скоростью образования политурной плёнки с4оценкой их эффективности по результатам заводских и лётных испытаний.Выработка рекомендаций по их внедрению в серийное производство.3.Разработкаметодикиопределенияоптимальногоположениятоковедущих щёток (по уровню искрения) в коллекторных электрическихмашинах переменного тока при неподвижной траверсе с внедрениемрезультатов в серийное производство.4. Разработка методики снижения износа щёток и радиопомех помощности и напряжению в коллекторных машинах переменного тока за счётсмещения щёток по направлению вращения на половину тангенциальногоразмера щётки параллельно её штатному положению.5.