Диссертация (Снижение износа щеток в коллекторных машинах постоянного и переменного тока), страница 13

Влияние намагничивающей силы коммутационной реакции якоря наосновной поток машиныСледовательно, при смещении щёток по направлению вращения сгеометрической нейтрали будет происходить уменьшение магнитного потока засчёт смещения щёток, за счёт ускорения процесса коммутации (искрениеуменьшается) и увеличения магнитного потока под действием продольнойсоставляющейреакцииякоря.Втаблице4.8представленырабочиехарактеристики коллекторного двигателя переменного тока мощностью 1,8 кВтпривода угловой шлифовальной машины (МШУ-1,8-230) при смещении щётокпо направлению вращения и против направления вращения на одноколлекторное деление и для случая, когда щётки находятся на геометрическойнейтрали. При смещении щёток по направлению вращения в случаепостоянного тормозного момента наблюдается уменьшение тока якоря иуменьшение частоты вращения.

Это позволяет сделать заключение об активномвлиянии продольной реакции якоря на электромагнитный момент. То есть поддействием МДС продольной реакции якоря произошло увеличение полезногомагнитного потока на большую величину, чем исходное значение, в связи с чемпроизошло уменьшение потребляемого тока.822При смещении щёток против направления вращения идёт уменьшениеполезногомагнитногопотоказасчётэффектасмещения,засчётразмагничивающего действия продольной реакции якоря ипосколькунаблюдаетсяполезногоповышенноеискрение,происходитувеличениемагнитного потока из-за возрастания коммутационной реакции якоря.Сохранениепостоянногоэлектромагнитногомоментаобеспечиваетсяувеличением потребляемого тока.

При этом увеличение момента будетпроисходить в основном за счёт увеличения тока, так как частота вращенияувеличивается.Таблица 4.8 - Рабочие характеристики МШУ-1,8-230 при смещении щеток ипостоянном тормозном моментеРабочие характеристикипри номинальной нагрузке№Условия экспериментаСтепеньискрения,баллIном,Аnном,об/минР1ном,Втcosφ,η,о.е.%1Смещение на одноколлекторное деление противнаправления вращения28,71620017000,90967,52Щетки на нейтрали28,41576016600,89871,93Смещение на одноколлекторное деление понаправлению вращения1½8,141553016000,89875,5Из анализа приведённых данных можно сделать предположение, чтоведущим фактором, обеспечивающим изменение рабочих характеристикдвигателей переменного тока при смещении щёток, является действиепродольной составляющей реакции якоря.Как известно [83], причиной искрения электромагнитного характераявляется электромагнитная энергия А, запасённая в коммутационном контуре вмомент,предшествующийпредшествующийегоокончаниюразрывущёткой.коммутационного83Есливпроцессамомент,запасэлектромагнитной энергии окажется больше критического значения ( ААкрит )возникает искрение.Aik 2Lr ,2(4)где: ik - добавочный ток в коммутируемой секции;Еikr1 r2(5)Lr - коэффициент результирующей самоиндукции секции;r1 , r2 - сопротивления перехода щётка-коллектор в набегающем исбегающем краях.Е – суммарная ЭДС коммутируемого контура:Еeaqereк(6)При смещении щёток по и против направления вращения возникает ЭДС,обусловленная полем главных полюсов eк.

При смещении щёток противнаправления вращения eaq, er действуют встречно с eк которая ускоряеткоммутацию, а при смещении по направлению вращения – согласно, делаякоммутацию более замедленной.ЭДС eaq, er и eк нелинейно связаны с током за счёт насыщения элементовмагнитной системы.Смещение щёток против направления вращения, как видно из рабочиххарактеристик (таблица 4.8), связано с увеличением частоты вращения ипотребляемым током (при постоянном тормозном моменте на валу), чтоприводит к увеличению ЭДС eaq и er. ЭДС eк также увеличивается, однако приопределённой степени насыщения магнитной системы и зубцовой зоны, а такжевеличины отношенияbкзb(где bкз -ширина зоны коммутации,- полюсноеделение, b - ширина полюсного наконечника) и эксцентричным магнитным84зазором между полюсным наконечником и якорем приращения eaq и er могутбыть не скомпенсированы ЭДС eк.

То-есть снижение искрения будетотсутствовать и даже может увеличиться, что и наблюдается при проведенииисследований.При смещении щёток по направлению вращения все три ЭДС действуютсогласно, однако уменьшение тока и частоты вращения (при постоянномтормозном моменте на валу) за счёт уменьшения eaq и er даже при появлении eкможет привести к уменьшению суммарной ЭДС коммутируемого контура иулучшению коммутации (снижению искрения).Такимобразом,проведённыеисследованияпозволяютсделатьзаключение о возможности в некоторых случаях улучшать коммутацию вколлекторных машинах переменного тока за счёт смещения щёток понаправлению вращения, что позволяет улучшить технико-экономическиепоказатели двигателя (уменьшить число витков обмотки возбуждения и cos )за счёт использования продольной подмагничивающей реакции якоря.Коэффициент насыщения магнитной системы двигателей мощностью 1,8; 2и 2,4 кВт по результатам расчёта АО «Электромашиностроительный завод«Лепсе» равен 4,73; 5,14 и 5,03 соответственно, коэффициент насыщениязубцовой зоны – 2,01; 2,05; 1,62.

Определённое влияние на характеркоммутации будет оказывать и трансформаторная ЭДС.4.3 Влияние применения реактивного щёткодержателя на снижениеизноса токоведущих щёток и уровень радиопомехНа износы щёток и уровень радиопомех активное влияние оказываетсостояние механики контакта щётка-коллектор [63]. При плохом механическомконтакте из-за неустойчивой работы щётки возникает дуга подъёма, котораяприводит к повышенному износу щёток. Это особенно актуально дляэлектрических машин, у которых на коллекторе установлены две щётки. Дляулучшения механики контакта щётка-коллектор нами разработана конструкциящёточно-коллекторного узла, в котором радиальная щётка смещается по85направлению вращения коллектора параллельно радиальному положению наполовину тангенциального размера щётки [70]. Установка щёток на нейтраль вэтом случае достигается путём смещения коллектора по направлению вращенияотносительно магнитной системы якоря на величину смещения центраконтактной дуги щётки.На рисунке 4.8 представлена конструкция радиального щёткодержателя,на рисунке 4.9 – модернизированного.

В случае применения радиальногощёткодержателя на набегающий край щётки будет действовать сила F покасательной от выступающих пластин коллектора, которая может бытьразложена на две составляющие F1 и F2. Сила F1 отрывает щётку от коллектора,а сила F2 прижимает её к щёткодержателю.В предложенной конструкции (рис. 4.9) сила F1 будет отсутствовать, чтообеспечивает большую стабильность контакта щётка-коллектор. Проверкаэффективности модернизированного щёткодержателя была проведена наопытныхобразцах,изготовленныхОАО«Электромашиностроительныйзавод «Лепсе» г.

Киров на базе коллекторного двигателя переменного токамощностью 2,2 и 2 кВт (МШУ-2,2-230 и МШУ-2-230П). Компенсация сдвигащёток проводилась за счёт смещения коллектора относительно магнитнойсистемыякоря.Опытыпроводилиськакнапродороженном,такинепродороженном коллекторах. В таблицах 4.9 и 4.10 приведены уровнирадиопомех по напряжению и по мощности при испытаниях коллекторногодвигателя переменного тока мощностью 2 кВт (МШУ-2-230П).86Рис.

4.8. РадиальныйщёткодержательРис. 4.9. Модернизированныйщёткодержатель1 – продороженный коллектор2 – коллекторные пластины3 – токоведущая щётка4 - щёткодержательТаблица 4.9 - Уровень радиопомех по напряжению МШУ-2-230П (коллекторпродорожен)Частота, МГцУровеньрадиопомех, дБПо ГОСТР51318.14.1-99РадиальныйщёткодержательМодернизированныйщёткодержатель0,160,240,551,01,42,03,56,01022307066605958575652525252575253544939344348322350444244382925334497Таблица 4.10 - Уровень радиопомех по мощности МШУ-2-230П (коллекторпродорожен)Частота, МГцУровеньрадиопомех, дБПо ГОСТР51318.14.1-99РадиальныйщёткодержательМодернизированныйщёткодержатель304565901501802203005555,656,357,259,560,662,16541,433,445,433,431,936,524,125,84032,443323034232387Во всех случаях наблюдается снижение уровня радиопомех понапряжению.

Применение модернизированного щёткодержателя привело кснижению износа щёток на 35%. Получен акт промышленных испытанийугловой шлифовальной машины МШУ-2,4-230М в случае применения СЩ,выполненных на основе дисульфида молибдена и смещения токовыхщёткодержателейпараллельноштатномуположениюпонаправлениювращения на 0,85 мм (приложение VII).В таблицах 4.11, 4.12 приведены результаты аналогичных исследований,проведённых на МШУ-2,2-230, когда использовались продороженные якоря.По большинству частот наблюдается снижение радиопомех по мощности и понапряжению. В случае применения непродороженного коллектора радиопомехиостаются неизменными, что подтверждает наличие активного влияниясмещения щёткодержателей на стабильность работы щёточного контакта.Таблица 4.11 - Уровень радиопомех по напряжению МШУ-2,2-230Частота, МГцУровень0,16радиопомех, дБПо ГОСТ Р51318.14.1-99РадиальныйщёткодержательМодернизированныйщёткодержатель0,240,5511,423,56102230706660595857565252525244443731333642404333344444373133313236332222Таблица 4.12 - Уровень радиопомех по мощности МШУ-2,2-230Частота, МГцУровеньрадиопомех, дБ30456090150180220300По ГОСТ Р51318.14.1-995555,656,357,259,560,662,165Радиальный щёткодержатель45,444,439,443,336,937,534,124,9Модернизированныйщёткодержатель36,437,439,428,425,921,520,121,888На МШУ-2,4-230М за счёт повышенной вибрации со стороны редукторанаблюдалась нестабильность радиопомех по мощности и напряжению.