/
Автор: Лившиц П.С.
Теги: электротехника электрические машины и аппараты электронно-и аппаратостроение проектирование техническая литература издательство энергоатомиздат марки щеток расчет щеток
ISBN: 5-283-00529-1
Год: 1989
Текст
ОГЛАВЛЕНИЕ
Преди<ловие........................................................ 3
Глава первая. Коммутационная напри жени' > ч» >н>К1ричс ких машин.... 5
Рллва вторая. Коммутирующая способней п, щсь.к (КСЩ).................17
Глава третья. Выбор марки щст"К дни машин с хинной коммутационной на-
пряженностью ........................................................25
Гцава четвертая. Оптимальный режим работы щ<*гочн''-коллекторного узла 36
Глава пятая. Определение геометрических размеров щеток и их конструктив-
ное оформление.......................................................49
Заключение.............t.............................................77
Список литературы....................................................80
П.С.Лившиц
ЩЕТКИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1989
ББК 31.26-04
Л55
УДК 621.313.047.4
Рецензент кона. техн наук В II. Антипов
Лившиц П.С.
Л55 Щетки электрических машин. — М.: Энергоатомиздат,
1989 — 80 с.: ил.
ISBN 5-283-00529-1
Изложены методы расчета щеток. Применение этих методов обеспе-
чивает допустимую степень искрения и высокую надежность работы
щеток.
Для инженерно-технических работников, занятых проектированием,
испытаниями, наладкой и эксплуатацией электрических машин, работ-
ников производства электроугольных изделий, разрабатывающих нор-
мативно-техническую документацию на щетки, а также для студентов
и учащихся, выполняющих курсовые и дипломные проекты по электри-
ческим машинам.
2202070100-594
Л -------------- 139-89 ББК 31.26-04
051 (01)-89
Производственное издание
Лившиц Павел Сергеевич
ЩЕТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Редактор В.С. Волков
Зав. редакцией М.П. Соколова
Редактор издательства И. В, Боцманов а
Художественные редакторы В. А. Гозак-Хозак, Т.Н. Хромова
Технический редактор Т.Н. Тюрина
Корректор JI.A. Гладкова
ИБ№1902
Набор выполнен в издательстве. Подписано в печать с оригинала-макета 15.11.89.
Т-18172. Формат 60 х 88 1/16. Бумага офсетная №2. Печать офсетная. Усл.
печ.л. 4,90. Усл.кр.-отт. 5,26. Уч.-изд.л. 5.57. Тираж 9800 экз. Заказ 6886.
Цена 30 к.
Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Отпечатано в ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зна-
мени МПО ’’Первая Образцовая типография” Государственного комитета СССР
по печати. 113054, Москва, М-54, Валовая ул., 28.
ISBN 5-283-00529-1
©Энергоатомиздат, 1989
ПРЕДИСЛОВИЕ
Электромашиностроение является одной из главных отраслей про-
мышленности всякой индустриально развитой страны. В результате ра-
бот выдающихся ученых, инженеров-экспериментаторов, изобретателей
и организаторов производства к настоящему времени созданы теория
и методы расчета, используемые при создании электрических машин са-
мых различных мощностей и назначений. В основе разработанных мето-
дов лежат достаточно точные количественные соотношения, позволяю-
щие рассчитывать магнитные и электрические цепи машин, их пусковые,
регулировочные, рабочие, тепловые и прочее характеристики. Эти от-
лично систематизированные и строгие методы расчета охватывают все
части и детали электрических машин, за исключением их скользящих
контактов. В применении к расчету и конструированию таких элементов
<гих контактов, как щетки, существующие методы расчета электричес-
ких машин теряют свою логичность и последовательность. Так, для
решения вопроса о выборе марки щеток, способных обеспечить безыс-
кровую коммутацию, расчетчику машины рекомендуется обращаться
к стандарту на щетки, в котором никаких сведений об этом их свойстве
нс содержится. Выдвигаемое современным этапом развития электрома-
шиностроения требование о нормировании показателей надежности ра-
боты электрических машин вообще не входит в задачи, поставленные
перед расчетчиком. Между тем обобщение информации, опубликованной
ранее автором и относящейся к перечисленным вопросам, позволяет
решать их с такой же логичностью и последовательностью, которые
характерны для расчетов всех других частей и деталей этих машин. Для
этого оказывается достаточным проанализировать имеющуюся информа-
цию по определению коммутационной напряженности электрических
машин, по оценке коммутирующих свойств щеток и износоустойчи-
вости последних. На базе обобщения выявленных при этом закономер-
ностей могут быть сформулированы рекомендации по расчету и выбору
щеток электрических машин постоянного тока общепромышленного
назначения, что в основном и составляет содержание настоящей книги.
Весь фактический материал, использованный для оценки коммутацион-
ных и износных свойств щеток, был получен в процессе их нормальной
промышленной эксплуатации на указанных машинах. Приступая к из-
ложению предлагаемых рекомендаций, необходимо определить требо-
3
вания, которым должны удовлетворять щетки в процессе своей нормаль-
ной промышленной эксплуатации. Главнейшими из этих требований
являются:
а) надежное осуществление коммутационного процесса, не вызываю-
щего недопустимого искрения при переключении токов в коммутируе-
мых секциях;
б) создание минимально возможных потерь в зоне скользящих кон-
тактов;
в) износоустойчивость, обеспечивающая заданные показатели надеж-
ности работы (минимальную наработку, среднюю наработку, гамма-
процентную наработку);
г) обеспечение сохранности рабочих поверхностей скольжения кол-
лекторов.
К настоящему времени созданы достаточно надежные и проверенные
практикой методы удовлетворения перечисленных требований. Попу-
ляризация этих методов и ознакомление с ними широкого круга спе-
циалистов, занятых проектированием, испытанием, наладкой и эксплуа-
тацией электрических машин, и составляют основную задачу настоящего
издания. В отличие от ранее опубликованных работ автора, где осве-
щался главным образом опыт эксплуатации щеток и делались только
первые шаги по пути выявления и обобщения закономерностей фор-
мирования их свойств, в настоящей книге дано аналитическое изложе-
ние всего комплекса вопросов, связанных со щетками и возникающих
при проектировании электрических машин. Использование содержа-
щихся в книге рекомендаций будет способствовать повышению на-
дежности работы систем электропривода предприятий различных от-
раслей народного хозяйства и уменьшит общую потребность в необхо-
димых для них щеток. Содержащаяся в книге информация может также
представлять интерес для учащихся высших и средних учебных заведе-
ний, выполняющих курсовые и дипломные проекты по электрическим
машинам, и для специалистов электроугольного производства, разра-
батывающих нормативно-техническую документацию на щетки.
Автор отдает себе отчет в том, что в книге могут оказаться отдельные
недочеты, и он будет благодарен за все критические замечания, способ-
ствующие ее улучшению, которые следует направлять в Энергоатомиздат
по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Автор
Гпава первая
КОММУТАЦИОННАЯ НАПРЯЖЕННОСТЬ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
При знакомстве с историей развития электрических машин видно, что
проблема обеспечения безыскровой работы скользящих контактов всег-
да находилась в центре внимания многочисленных ученых и изобрета-
телен. Проблема решалась в двух направлениях: совершенствовались
теория электрических машин, их схемы, конструкции и создавались
новые щеточные материалы. Не затрагивая многочисленные работы
по совершенствованию электрических машин, в настоящем издании
приводится обзор публикаций по исследованиям, касающимся комму-
тационной напряженности этих машин. Начало систематических иссле-
дований в указанной области относится к 1899 г., когда Е. Арнольд
и С. Ми опубликовали работу, заложившую основы теории коммутации
влсктрических машин постоянного тока, получившей впоследствии на-
звание классической теории коммутации [1]. Вслед за первым сообще-
нием Е. Арнольд в 1906—1919 гг. опубликовал новые теоретические
материалы по вопросам коммутации, но из всех его работ наибольшее
значение для последующего развития электромашиностроения имела
сформулированная им теория коммутации электрических машин по-
стоянного тока. В основу этой теории был положен ряд допущений,
главнейшими из которых являлись следующие:
удельное сопротивление скользящего контакта между щеткой и кол-
лектором постоянно;
тангенциальный размер щетки Гщ равен одному коллекторному де-
пению tK (7Щ = гк);
ток через скользящий контакт проходит непрерывно и равномерно
по плотности;
активные сопротивления всех частей коммутируемого контура ни-
чтожно малы по сравнению с сопротивлением скользящего контакта;
емкостные связи секций и элементов коллектора не учитываются.
Воспользовавшись изложенными допущениями, прилагая к изобра-
женной на рис. 1 электрической цепи законы Кирхгофа и оперируя из-
вестными электротехникам соотношениями между г2 Гк и t для
описания происходящего в этой цепи процесса переключения тока zK
5
Рис. 1. Коммутируемый контур электрической машины (а) и его схема за-
мещения (б) при tK =ГЩ:
ia — ток параллельной ветви обмотки якоря; zK — ток в коммутируемой секции
обмотки якоря; es - ЭДС самоиндукции; ек - коммутирующая ЭДС; г j - сопро-
тивление в контакте под набегающим краем щетки; г 2 — сопротивление в контак-
те под сбегающим краем щетки; z'j - ток, проходящий через набегающий край
щетки; z2 - ток, проходящий через сбегающий край щетки; Гк - коллекторное
деление; Гщ - тангенциальный размер щетки; Г- период коммутации; t - время,
прошедшее от начала процесса коммутации
в секции обмотки якоря, обладающей индуктивностью Ls, и определе-
ния закона его изменения, применяют два следующих уравнения:
dz’K
Ls--------'1П + Ьг2 - ек = 0;
dt
I 2t \
1к - ia I 1 — ---- I
\ T I
es - eK
~ гл + гд-
Г1 +r2
Последняя формула позволяет рассматривать ток в коммутируемой
секции /к состоящим из двух частей: составляющей /л, зависящей от
тока нагрузки ia и изменяющейся в течение периода коммутации по
линейному закону, и составляющей /д, называемой дополнительным то-
ком. Последний обусловлен небалансом ЭДС, наводимых в коммути-
руемом контуре, и в зависимости от их соотношения /д влияет на общий
характер изменения zK, ускоряя или замедляя коммутационный процесс.
Значение /д при постоянстве гг и г2 определяется разностью
es - ек = _£s
ек
z
“ ср — ек) ~ ----- = ~ ----- J
F dt dt
6
г до t*jcp — среднее значение ЭДС самоиндукции за период комму-
тании, В.
Обозначив сопротивление всей поверхности щетки, контактирующей
• коллектором, через гк и введя дополнительные обозначения к = t/TK
и 1 к = зависимости изменения добавочного тока во времени был
придан вид
Де
— J
'к
Л к
dX-
(1)
X \
1 - X /
Таким образом, ток /д находится в прямой зависимости от небалан-
са ЭДС Де, возникающей в коммутируемом контуре, и в обратной
11ВИСИМОСТИ от сопротивления в щеточном контакте гк и коэффициен-
1.1 /1К, названного постоянной коммутации. Роль коэффициента Ак в
щютекании коммутационного процесса определяется его влиянием
па добавочную плотность тока в сбегающем крае щетки в конце комму-
тационного периода и в набегающем крае щетки в начале этого периода.
Эта добавочная плотность тока под сбегающим краем щетки в конце
коммутационного периода оказывается равной:
f Де
при Лк > 1 J2Т = J 9
( 1 ~
\ к /
где /’’1Ц — плотность контактной поверхности щетки, и при Ак < 1
J2T = °°
Последняя зависимость свидетельствует о том, что при Ак < 1 плот-
ш>сть тока в сбегающем крае щетки в момент ее отрыва от выходящей
иэ-под нее коллекторной пластины становится бесконечной. При этом
1сорстически бесконечным должно стать и напряжение между разры-
ваемыми контактами, и безыскровая работа машины может оказаться
невозможной. Условие Ак > 1 сформулировано как критерий безыскро-
вой коммутации
Лк = > I*»
В неразрывной связи с развитием теории коммутации электрических
машин и как органическая ее часть развивалось изучение причин искро-
образования в скользящем контакте. Так, например, считалось, что
подобное явление обусловлено электромагнитной энергией, выделяю-
щейся при разрыве контактов, и что из-за невозможности быть преоб-
разованной в кинетическую она должна или переходить в тепло, или
приводить к ионизации у сбегающего края щетки.
В качестве критерия возникновения было введено понятие о средней
мощности РСр, выделяющейся при разрыве контактов на 1 см аксиаль-
7
ного размера щетки. Экспериментально в то время было определено,
что для безыскровой работы машины должно выполняться условие
РСр < 50 Вт. В процессе всего последующего развития электромашино-
строения изучение вопросов, относящихся к коммутации электричес-
ких машин, и причин возникновения искрения в скользящем контакте
продолжало оставаться в центре внимания многих исследований. Одной
из первых причин развития этих исследований послужил факт суще-
ствования машин, безупречно работающих в коммутационном отноше-
нии, у которых значение Ак было гораздо меньше единицы. Обнаружив-
шиеся расхождения между теоретическими выводами, в которых ут-
верждалось, что при Лк< 1 безыскровая коммутация машины оказы-
вается невозможной, и данными практики по созданию машин объяс-
няли А. Модюи и Р. Рихтер. Первый автор связывал отмечаемое обстоя-
тельство с влиянием плотности тока на сопротивление скользящего
контакта. Р. Рихтер объяснил его непараллельностью сбегающей грани
щетки и края коллекторной пластины. Однако главная заслуга Р. Рихте-
ра состояла в развитии классической теории коммутации. Он распро-
странил выводы автора этой теории на случай, когда щетка с танген-
циальным размером Гщ перекрывает более одного коллекторного де-
ления. В этих случаях одновременно происходит коммутация несколь-
ких секций и в короткозамкнутом контуре любой из них помимо ЭДС
самоиндукции присутствует еще и ЭДС взаимной индукции ев. Сумма
этих ЭДС, наводимых в коммутируемой секции, была названа реактив-
ной ЭДС ег, Ввиду ее особого значения в обеспечении нормального про-
текания коммутационного процесса разработкой методов ее определе-
ния занимались многие исследователи. Первый из них К. Пихельмайер
предложил первоначально для вычисления значений ег следующую фор-
мулу:
et = 2/Мл^ • 10“8, (2)
где I — длина якоря за вычетом ширины вентиляционных каналов,
см; va — окружная скорость на поверхности якоря, м/с; Ал — линейная
нагрузка якоря, А/м; £ — показатель ’’качества” коммутации, исполь-
зовавшийся при настройке машины.
Затем эту формулу стали записывать так:
&г = . (3)
Отличающиеся в сравнении с формулой (2) обозначения: // — длина
пакета якоря, см; ws — число витков в секции обмотки якоря; ZX —
результирующая удельная магнитная проводимость по отношению к
потокам рассеяния обмоток якоря, способы вычисления которой иссле-
довали в дальнейшем.
Формула К. Пихельмайера была выведена для случая, когда танген-
циальный размер щетки перекрывает одну коллекторную пластину.
8
Iсм не менее на основе ряда соображений он считал возможным при-
менять ее и в случае, когда щетка перекрывает и большее число пластин.
Ьопее детально затронутый вопрос изучался в 1927—1928 гг. академи-
ком К,И. Шенфером, уточнившим условия применимости формулы (3).
I щс одним шагом на пути совершенствования метода определения ег
•ши лись работы Р. Рихтера и М. Цорна и появившаяся формула
2 In D к П(1 Л л
г =-------- — —— w2[4/C4(Xn + Хк) + 20./л Хл] 10"4. (4)
За Гщ 1000 * 1
Здесь в дополнение к ранее применяемым обозначениям введены но-
вые. в которых 1а — ток якоря, A; — внешний диаметр коллектора,
м; частота вращения якоря, об/мин; а — число пар параллельных
иг’шей обмотки якоря; 4К — величина, зависящая от идеального щеточ-
ною перекрытия, числа рядом лежащих проводников, находящихся в
Пазу, укорочения обмотки и представляющая собой число высот пост-
I».. иных сумм единичных средних коэффициентов магнитной прово-
димости, укладывающихся в средней высоте результирующего коэффи-
циента индуктивности паза; Хп — средний единичный коэффициент са-
моиндукции и взаимной индукции; Хк — единичный коэффициент маг-
ии ।пой проводимости по коронкам зубцов; /3/ - идеальное щеточное
перекрытие; 1Л — длина одной лобовой части витка обмотки якоря;
Хл — сумма коэффициентов магнитной проводимости по лобовым ча-
стям.
В формуле (4) учитывается действие ЭДС самоиндукции и взаимной
индукции отдельных секций паза в предположении, что между секция-
ми, расположенными рядом по ширине паза, существует полная магнит-
ная связь.
Происходило становление и развитие классической теории коммута-
ции. Между тем в конце 20-х годов она перестала играть монопольную
роль в разработке теоретических проблем коммутационного процесса,
। лк как появились публикации, критически оценивающие такой ос-
новной постулат теории, как однородность и непрерывность поверх-
носгм скользящего контакта, и рассматривающие этот контакт как
юпу, проводящую ток по отдельным точкам непосредственного со-
прикосновения через частицы продуктов износа щеток и путем ионной
проводимости и электронной эмиссии. Новая точка зрения на непо-
стоянство условий работы рассматриваемого контакта впервые была
изложена И. Нейкирхеном в 1929 г. В 1955—1957 гг. ее развитию по-
святил свои труды Р. Мейер. Оба автора своими трудами способствовали
развитию представлений о механизме прохождения тока через сколь-
зящий контакт, но при этом была допущена переоценка роли физичес-
ких процессов, происходящих в этих контактах, и игнорировались
электромагнитные явления, обусловливающие наведение ЭДС в обмот-
ках. По указанным причинам труды И. Нейкирхена и Р. Мейера не при-
9
остановили исследований, ориентированных на использование класси-
ческой теории коммутации и, в частности, той ее части, которая связана
с уточнением методов определения ег.
В 50-х годах в печати появилась статья Е.М. Синельникова, содержав-
шая математическое описание процессов в скользящем контакте, проис-
ходящих в завершающей фазе коммутационного периода. В ней просле-
живалась мысль о влиянии электромагнитных явлений в коммутируе-
мом контуре на характер происходящих при этом процессов. Указанная
работа своего дальнейшего развития не получила, как это произошло,
например, с работой А.Б. Иоффе. Последний разрабатывал способы со-
вершенствования формулы К. Пихельмайера для вычисления ег приме-
нительно к специфическим условиям тягового электрооборудования и
методы количественной оценки возможности возникновения искрения
в скользящем контакте этого оборудования. Подобную возможность он
подобно Е. Арнольду ставил в зависимость от энергии, выделяющейся
на единицу длины аксиального размера щетки, но главная его заслуга
состояла в уточнении метода определения добавочного тока гди экспе-
риментальном установлении обратно пропорциональной зависимости
степени искрения от диаметра коллектора машины. Предложенная им
формула для вычисления значений ’’фактора искрения” Фи, учитываю-
щая обнаруженную зависимость, имеет следующий вид:
Фи = (40/£>к)‘-5Рср,
где DK — диаметр коллектора, см.
При Фи = 0,7 -г 1,5 искрение на коллекторе достигает двух баллов.
В 60-е годы были внесены новые идеи в развитие теории коммута-
ции. В 1961 г. в Ленинграде завершила свою работу 2-я Всесоюзная
научно-техническая конференция, на которой обсуждались работы в
рассматриваемой области, выполнявшиеся различными научными кол-
лективами страны. В это же время вышли книги О.Г. Вегнера и
М.Ф. Карасева. Названные авторы были известны своими трудами по
вопросам коммутации и ранее. Эти работы являлись обобщением и
дальнейшим развитием ранее опубликованных работ. Так, О.Г. Вег-
нер пришел к утверждению, что наблюдаемая при осциллографировании
тока в коммутируемой секции картина изменения тока во времени не
соответствует представлениям классической теории коммутации и что
со значительно большим основанием для теоретического анализа проис-
ходящих в секции процессов должно быть принято предположение не
г к = const, а Д£/щ = const. Он также предложил считать, что весь период
коммутации делится на две части. Одна из них продолжительностью
Тк была названа им периодом собственно коммутации, в течение ко-
торого роль щетки в коммутационном процессе не проявляется. В те-
чение другой части этого периода продолжительностью Г/ = Тк -
роль щеток становится решающей. Введя в коммутируемый контур
10
/ц >4 и ночное напряжение [7К, являющееся суммой падений напряжения
и i избегающим ДС/i и сбегающим Д£/2 краями щетки, они активно
щи ингсгвуют дальнейшему изменению тока в контуре. Используя
| н 1 и соответствующее ему уравнение и интегрируя его с учетом
граничного условия, что при t = 0 и zK = —/0, О.Г. Вегнер получает Ko-
i' г* формулу для определения тока в коммутирующей секции
1
С + -----J еке
Ls
। оюрпя при ек = const приобретает вид
(ri + r2)t
Последними двумя формулами можно пользоваться при zK < ia.
Ко। да и процессе своего изменения окажется, что zK > ia, необхо-
лимм начать новый отсчет времени t и пользоваться формулой
** к - GVl +
Г1 +г2
1 + г2)Г G1 +f2)t
Ls Lg
e + iae
Представление О.Г. Вегнера о наилучшем, с точки зрения обеспече-
нии безыскровой работы, законе изменения тока zK во времени было
названо им коммутацией со ступенью малого тока. Образование сту-
Пс-ни малого тока в завершающей фазе коммутационного процесса
приписывалось добавочному напряжению С/к, играющему роль запорного
*л< и. Использовав положенные в основу своей теории представления о
ирогскании процесса коммутации, О.Г. Вегнер сформулировал условие
образования ступени малого тока, одновременно являющегося, по
‘I мнению, условием надежного обеспечения безыскрового выхода
iс к иди из зоны коммутации, в следующем виде:
- дс/2Б < еР( с < д^ + дцА ,
де — переходное падение напряжения у набегающего края щетки;
^р, с результирующая ЭДС, индуктируемая всеми сцепленными с
коммутируемой секцией магнитными полями в течение времени Тс,
соответствующего ступени малого тока в завершающей фазе коммута-
ции, а Д(/2А и “ переходные падения напряжения у сбегающего
края щетки, заимствуемые из нисходящей (Л) и восходящей (Б) вет-
вей динамических характеристик щеток [2].
И
Вышедшая в 1961 г. книга М.Ф. Карасева содержала описание иссле-
дований коммутационных процессов на искусственных аппаратах, на-
чатых им еще в 1934 г., и последовательно освещавшихся в печати
в 1941-1961 гг.
В стремлении изучить поведение контакта щетка—коллектор
М.Ф. Карасев анализирует работы ряда исследователей, предлагавших
различные виды уравнения коммутируемого контура и рассматри-
вавших завершающую стадию коммутационного процесса. Здесь же
автор акцентирует внимание на неидентичности коммутационных
циклов, всегда имеющих место в работающих машинах, и заклю-
чает, что подобная неидентичность является основной причиной
искрения щеток. Однако сколько-нибудь существенных предложений
по совершенствованию существовавших в то время теорий коммутации
сделано не было. Такие предложения были сформулированы группой
М.Ф. Карасева в [3], где излагалась разработанная ею теория оптималь-
ной коммутации машин постоянного тока. Здесь оптимальной была
названа нормально ускоренная коммутация (i2 = 0 при t > Гк) при
условии работы набегающего края щетки по характеристике ДС7Щ =
= const, а сбегающего края — по rK - const. Таким образом, теория
оптимальной коммутации отличается от классической прежде всего
тем, что для набегающей части щетки принята характеристика кон-
такта ДС/щ = const, а не г к = const, как это имеет место в классической
теории. Кроме того, теория оптимальной коммутации базируется не
на рациональности равномерного распределения тока в щеточном кон-
такте, а на таком его распределении, когда в сбегающем крае щетки
еще до момента завершения коммутации выполняются условия
z2 ~ 0 и di2/dt = 0.
Рассмотренные исследования сотрудников М.Ф. Карасева были вы-
полнены в конце 60-х годов. Возвращаясь к этому периоду, отметим
книгу Р. Хольма, перевод которой был сделан в нашей стране в 1961 г.
Одна из частей этой капитальной работы посвящалась скользящим
электрическим контактам. Оперируя понятием о ’’хорошей коммута-
ции”, Р. Хольм основным условием ее осуществления считал выполне-
ние следующего соотношения:
_ ек + Д^щ
t L$ + /L3
где в дополнение к ранее примененным обозначениям вводятся М3
и £э — коэффициенты самоиндукции и взаимной индукции эквивалент-
ной катушки, заменяющей все реальные катушки машины; Дб^ц —
падение напряжения, определяемое свойствами щеточного материала;
Ф — согласующий множитель.
12
И । последнего уравнения следует, что для обеспечения ’’хорошей
коммутации” необходимо определенное значение ек + Д(7Щ. При
ш выполнении указанного условия возникает искрение в контакте.
Вы v 1ик>щаяся при этом в дуге энергия по своему значению соответ-
с tn ус г = U^q, где С/д — напряжение дуги, рассматриваемое как ЭДС,
пне денная в зазор между щеткой и коллекторной пластиной; q —
। < пичество электричества, которое в среднем проходит через дугу.
В 1%2 г. начинает развиваться еще одно направление в исследовании
процессов коммутации, состоящее в попытке построить области
безыскровой работы (ОБР) машин на стадии их проектирования. По
мнению создателей этого направления, в машинах существует аб-
солютнмя и относительная области работы без искрения. Границы
опккиюльной области совпадают с границами видимого искрения,
• ...|нрИ наступает, когда напряжение между разрываемыми контакта-
ми д<к пиаст 2,5 В.
Список критериев коммутационной способности машин был допол-
н< н другими исследователями. В качестве названного критерия ими
нрешюжена мощность, выделяющаяся при дуговом разряде на 1 см
аксиШ1ыюго размера щетки. Определившееся в результате большого
но |иЧ( сгва экспериментов значение этой мощности оказалось отличаю-
щимся от значений, установленных другими, ранее упомянутыми
iu\ ie шпателями.
В 0 80-х годах исследования в рассматриваемой области продолжа-
||н развиваться. Прежде всего следует отметить опубликованную в
19 79 г. монографию В.П. Толкунова, обобщавшую ранее выполненные
мм исследования различных аспектов проблемы коммутации [4]. Боль-
шая часть этих исследований посвящена разработке методов снижения
> оммутационной напряженности электрических машин за счет совер-
iiicin 1вования обмоток, учета влияния на коммутацию полей главных и
щ помогательных полюсов машин и уточнению метода определения зна-
чений их реактивных ЭДС. Упомянутое уточнение состоит в учете осо-
бен постой конструктивного оформления верхней части паза и магнитных
сытей, существующих между секциями, находящимися в соседних
на ах, а также в уточнении соотношений удельных проводимостей, ис-
польэуемых в формуле Рихтера—Цорна. В результате В.П. Толкунов
предложил вычислять ег по формуле
er = (fs^B +
где 4 — длина пакета якоря, см; va — окружная скорость на поверхности
якоря, м/с; Ал — линейная нагрузка якоря; ws — число витков в секции
обмотки якоря; f — функция, учитывающая число одновременно дей-
4 ।кующих ЭДС самоиндукции и взаимной индукции; Хв — удельная
кроиодимость, соответствующая потокам взаимной индукции между
ра (личными слоями паза; KTXS — характеристика потоков рассеяния
по лобовым частям обмотки.
13
Возвращаясь к сообщениям 80-х годов, следует указать на появление
нового направления в изучении коммутационного процесса. В основе
ранее применявшихся методов его анализа лежала, как это было отме-
чено ранее, система дифференциальных уравнений коммутируемых
контуров, изображаемых с помощью соответствующих схем замещения,
распределение тока между которыми подчинялось законам Кирхгофа.
При расчете современных машин с предельными мощностями при мно-
жественном щеточном перекрытии, когда одновременно коммутирует
целая группа секций, приходится решать систему дифференциальных
уравнений 14—16-го порядков. Подобное обстоятельство сделало необ-
ходимым использование для расчетов ЭВМ. Работы этого направления
начали публиковаться в начале 60-х годов. В одной из последних работ
этого направления, опубликованных А.М. Трушковым в 1980 г., обоб-
щаются ранее существовавшие методы соответствующих расчетов и
ставится цель отработки универсальных программ и создания дина-
мической модели процесса, позволяющей учитывать поведение моде-
ли при изменении ее параметров [5]. Учитывая, что коммутационные
процессы в машинах с множественным щеточным перекрытием долж-
ны рассматриваться как переходные процессы в системах с большим
числом магнито связанных контуров, содержащих как разомкнутые
контуры, так и бесконечное множество короткозамкнутых контуров,
расположённых в медных проводниках паза и в окружающей стали, и
имея в виду, что на процесс коммутации оказывает влияние очень
сложный и многофакторный комплекс различных физических явле-
ний, А.М. Трушков приходит к выводу о необходимости рассматривать
общий коммутационный процесс как состоящий из отдельных про-
цессов. Для исследования этого процесса он предлагает применить си-
стемный подход последовательного анализа многомерного многофак-
торного процесса с привлечением аппарата теории исследования опера-
ций. Оперируя разработанными для этой цели методами, А.М Трушков
после целого ряда преобразований, подробно изложенных в [5], ма-
тематическую модель коммутационного процесса представляет с по-
мощью условно названного им основного уравнения коммутации,
записываемого в виде
di т di
L © — + М1 © — = C®dt + £+ £> + £/ш + Я @ /.
dt - dt
Это матрично-векторное уравнение в результате П-преобразований
заменяет систему дифференциальных уравнений коммутируемых кон-
туров при множественном щеточном перекрытии. Первый и второй чле-
ны левой части этого уравнения отражают проявление взаимных связей
секций. В правой части располагаются матрицы связей секций © dt,
внешних ЭДС Е, влияния дополнительного полюса Z), щеточного кон-
такта С/щ и активных сопротивлений контура R. Символ © отражает
14
основную идею П-преобразования, заключающуюся в том, что компо-
ненты преобразованной матрицы получаются путем реализации одной и
1ои же операции интегрирования или дифференцирования. Математи-
ч ская модель разрабатываемого А.М. Трушковым процесса коммута-
ции состоит из ряда более простых субмоделей, каждая из которых
может являться объектом самостоятельного исследования.
Упоминание о работе в рассматриваемой области, опубликованной
и НО-м году, следует дополнить информацией о других сообщениях на
эту же тему, появившихся в печати в текущем десятилетии. Многие из
них посвящены описанию различных способов воздействия на значе-
ния реактивных ЭДС. Так, в [6] описан метод расчета ег и дополнитель-
ных потерь на коммутацию с учетом вихревых и уравнительных токов
в якорных обмотках. Японская печать сообщила, что среди новейших
достижений фирмы ’’Хитати Сейсакудзе” в области создания мощ-
ных двигателей постоянного тока для прокатного оборудования нахо-
дится якорь с равномерно распределенной реактивной ЭДС. Подобное
мероприятие повысило эксплуатационные характеристики и надежность
всей машины, увеличило ее единичную мощность, повысило КПД и
снизило металле- и материалоемкость [7]. Совершенствование метода
расчета ег освещено и в отечественной печати. Наряду с учетом влияния
на эту характеристику вихревых токов принимаются во внимание кон-
турные токи в обмотках якоря [8]. Еще один способ улучшения прак-
тикуемого метода расчета коммутационных параметров электрических
машин на базе учета реактивных и коммутирующих ЭДС изложен
в [9]. Здесь предлагается использовать для указанной цели не средние,
а среднемгновенные значения названных величин. Такое название при-
своено значениям ЭДС на коммутационных интервалах, в пределах
которых не изменяется число одновременно коммутируемых секций
и их взаимное расположение. Перечисленные публикации касались
различных способов уточнения значений реактивных ЭДС, возникающих
в машинах, но не давали прямых указаний на возможные способы
уменьшения этих значений. В связи с этим не безынтересно напомнить о
сделанном еще в 1937 г. К.И. Шенфером предложении об устройстве
в электрических машинах пазовых демпферов. С их помощью удается
на 30—40% снизить значения ег и демпфировать резкие скачки поля
коммутируемых секций, не скомпенсированные коммутирующим по-
лем машины. Об еще более эффективном способе уменьшения рассмат-
риваемой величины было сообщено на происходившей в г. Днепро-
дзержинске 4-й Всесоюзной научно-технической конференции, обсуждав-
шей режимы работы электрических машин и электроприводов. В док-
ладе [10] было сообщено о мероприятиях, позволивших улучшить
коммутационные параметры двигателей постоянного тока путем сни-
жения значений реактивной ЭДС в 2,5—3 раза. Приведенные цифры
совпадают с изменением значений характеристики ег в электрических
машинах будущего. Как известно, одним из новых направлений является
15
создание сверхпроводящих электрических машин. На построенном об-
разце такой машины из-за отсутствия магнитного сердечника якоря
реактивная ЭДС оказалась в 2,5—3,5 раз меньшей, а коммутирующая
способность выше, чем у обычного двигателя постоянного тока [11].
Возвращаясь к существующей практике предприятий отечественного
электромашиностроения, следует отметить, что в качестве критерия
оценки коммутационной напряженности электрических машин постоян-
ного тока принято значение реактивной ЭДС. Формулы для ее вычисле-
ния выбираются в зависимости от размера и назначения проектируе-
мой машины. При расчете малых и средних машин общепромышленно-
го назначения пользуются приближенной формулой К. Пихельмайера.
Рассчитывая крупные машины этого же назначения, используют уточ-
ненную формулу Р. Рихтера в интерпретации М. Цорна. Расчет электро-
двигателей, используемых на рельсовом транспорте, производят по
формуле А.Б. Иоффе. Сопоставление результатов по определению
значений ег , вычисляемых по каждой из упомянутых формул для од-
ной и той же машины, показывает, что в подавляющем большинстве
рассмотренных случаев наибольшие значения ег дает применение фор-
мулы К. Пихельмайера, а наименьшие — формулы А.И. Иоффе. Расчеты
по формуле Рихтера—Цорна дают результаты, занимающие промежуточ-
ное положение [4]. На базе использования трех перечисленных фор-
мул рассчитаны практически все машины постоянного тока неспециали-
зированного назначения, выпущенные и выпускаемые предприятиями
отечественного электромашиностроения. Подобное обстоятельство слу-
жит достаточным основанием для того, чтобы при решении рассматри-
ваемых далее задач в качестве критерия, оценивающего коммутацион-
ную напряженность электрических машин, из всех предложенных раз-
ными авторами подобных критериев выбрать показатель значения
реактивной ЭДС ег . Численное значение этого показателя, рассчитан-
ное по формуле Рихтера—Цорна, для всего парка изготовленных в стра-
не электрических машин не превышает в настоящее время 9—10 В.
Наряду с перечисленными в арсенале средств современной техники
находятся также электрические машины, показателем коммутационной
напряженности которых оказывается не реактивная, а трансформатор-
ная ЭДС ет. Таковыми являются многофазные коллекторные электро-
двигатели переменного тока, возбуждаемые со стороны ротора, осо-
бенности регулировочных характеристик которых делают целесооб-
разным их использование даже в условиях развития регулируемого
электропривода с полупроводниковыми выпрямителями. Наводимая
в секциях их обмоток, соединенных со щеточно-коллекторным узлом,
трансформаторная ЭДС не зависит от частоты вращения двигателя.
Ее значение вычисляется с помощью формулы ет = y/2irwskyf$, где
ws — число витков в секции обмотки; ку — коэффициент укорочения
обмотки; f — частота питающей сети; Ф — вращающийся магнитный
поток.
16
Значение ег в рассматриваемых машинах всегда оказываются мень-
ше, чем ет. Если значения первой в построенных электродвигателях не
превышает 1 В, то значения второй могут достигать 3 В. Поэтому,
несмотря на то что в процессе работы электродвигателей происходит
в мимо действие реактивной и трансформаторной ЭДС и изменяется
их относительная ориентация, при выборе щеток для них следует учи-
тывать значения ет. Поскольку конструкции рассматриваемых машин
нс предусматривают наличия дополнительных полюсов или каких-либо
иных устройств, облегчающих протекание коммутационных процессов,
выбираемые для них щетки должны обладать возможно более высо-
кими коммутирующими свойствами.
Рассмотрение вопроса о коммутационной напряженности электри-
ческих машин касается только тех из них, которые работают при на-
пряжении более 100—120 В и для которых вопросы обеспечения нор-
мального протекания коммутационного процесса являются главными.
Наряду с ними в промышленности используются и машины, для которых
коммутационная напряженность столь решающего значения не имеет,
и она без ущерба для практики заменяется рабочим напряжением, при
котором они эксплуатируются. Как будет показано в дальнейшем,
значения ег, ет и рабочего напряжения определяют выбор щеток тех
марок, которые обеспечивают допустимую степень искрения (балл
коммутации) эксплуатируемых машин.
Гпава вторая
КОММУТИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ЩЕТОК (КСЩ)
Существование взаимосвязи между процессом коммутации электри-
ческих машин и свойствами .установленных на них щеток было замечено
на самой ранней стадии развития электромашиностроения. Еще до
опубликования в 1899 г. основных положений теории коммутации
Е.В. Кокс и Г.В. Бьюк в 1895 г. установили зависимость сопротивления
угольных контактов и коэффициента трения от удельного давления на
них и окружной скорости. В 1897 г. В.М. Мордей описал роль щеток
в коммутационном процессе, а публикации Э. Арнольда в 1899 г. уста-
навливали факты уменьшения сопротивления скользящего контакта
при повышении плотности тока в нем, неравенства переходного падения
напряжения под различным образом поляризованными щетками и
влияния на эти показатели температуры. Указанные исследования и
появившиеся вслед за ними работы А.С. Меера (1901 г.), М. Кана
(1902 г.), А. Пренцлина (1902 г.), Г. Кцайя (1903 г.), М. Латора
(1904 г.), Ф. Пунга (1905 г.) и других ученых привели к тому, что
к 1905 г. уже были сформулированы некоторые общие представления
о характеристиках совместной работы деталей щеточно-коллекторного
17
2-6886
узла применительно к существовавшим в то время щеточным материа-
лам. Так, уже в то время считали, что статические вольт-амперные ха-
рактеристики металлосодержащих щеток определяются плотностью
тока в скользящем контакте J и изменяются в зависимости от нее по
закону прямой линии, т.е. по уравнению 2ДС/ = kJ. Вольт-амперные
характеристики существовавших в то время угольных щеток в широ-
ком интервале изменения тока в контакте остаются неизменными,
Т-.е. подчиняются закону 2ДС/ = const. Переходное падение напряжения
на пару щеток распределяется неравномерно под щетками разной по-
лярности и мало зависит от частоты вращения коллектора, но при
его остановке резко изменяет характер зависимости от J На вели-
чину 2ДС7 оказывают влияние состояние поверхности скольжения кол-
лектора или кольца, их температура, химическая активность среды,
удельное давление на щетки и механические вибрации. В дальнейшем
характеристики щеточных материалов детально исследовались и
появлялись новые марки этих материалов, но среди публикаций нельзя
было найти работ, в которых бы четко излагалась информация об их
собственно коммутирующих свойствах (КСЩ). Первой подобной ин-
формацией можно считать изданную в 1929 г. в Берлине и опублико-
ванную в нашей стране в 1933 г. книгу В. Гейнриха [12]. В ней утверж-
дается, чдо ’’высокографитные щетки могут найти успешное примене-
ние только при условии, если реактивное напряжение не достигает
слишком высоких пределов, т.е. если ’’качественный” коэффициент
коммутации £ не превышает 7”. В приведенной цитате заложено то же,
что и в формуле (2) гл. 1, т.е. устанавливается взаимосвязь содержа-
щихся в ней величин ег и % с классом щеточного материала. В работах
Е. Арнольда по рассматриваемому вопросу влияние свойств щеточ-
ного материала на коммутационный процесс прослеживается в форму-
ле (1), т.е. добавочный ток в коммутируемой секции /д уменьшается
вместе с возрастанием сопротивления щеточного контакта гк. По-
пытка теоретически обосновать выбор щетки определенной марки,
обеспечивающей безыскровую коммутацию, содержится в публикации
И. Нейкирхена [13]. Здесь сформулирована рекомендация по использо-
ванию для различным образом поляризованных щеток щеточных ма-
териалов различного класса. Связывая удовлетворительную комму-
тацию с механикой взаимодействия элементов скользящего контакта,
Г. Тилерс отмечал необходимость учета упругопластических свойств
щеточных материалов. Перечисленные публикации по рассматривае-
мому вопросу следует оценивать как предварительный поиск способов
оценки тех свойств щеток, которые обеспечивают возможность
безыскровой работы электрических машин и которые впоследствии
были названы коммутирующей способностью щеток (КСЩ). Четкая
формулировка этого понятия произведена М.Ф. Карасевым в [14],
где описаны разработанные им модели аппаратов для его количествен-
ной оценки. Пользуясь этими аппаратами, М.Ф. Карасев снимал на них
18
шнисимости es = /(7) и при этом обнаружил, что искрение щеток воз-
никает в момент, когда величина es перестает практически изменяться.
Соответствующему этому моменту значению тока в цепи было
присвоено название критического — ZKp. Было также замечено, что
при I = /Кр одновременно с прекращением повышения зависимости
es = прекращается и повышение зависимости Д£/щ = <£(/),
где Д(7щ — амплитудное напряжение между щеткой и сбегающей
пластиной коллектора, и что при подключении к аппарату кату-
шек с числом витков w, имитирующих коммутируемые секции,
критический ток изменялся так, что выполнялось условие /Kpw =
= const = При установке на аппарате щеток разных марок значе-
ния указанной постоянной оказывались различными, и их М.Ф. Карасев
называл показателями КСЩ. Так, экспериментируя со щетками трех
марок, принадлежащих к классам I—III, он установил, что для каждой
из них значения Кщ оказались соответственно равны 15, 30 и 60. Инте-
рес М.Ф. Карасева к исследованию характеристики сохранялся в
течение длительного времени. Так, спустя 17 лет после публикации [14]
появилась его статья [15], в которой он считал ’’бесспорным, что чем
больше ДС/щ, тем большие коммутирующие возможности будет иметь
щетка”.
Публикации конца 40-х годов по определению КСЩ не удовлетворя-
ли запросов практики, которая к середине 50-х годов в связи с общим
развитием электромашиностроения настоятельно требовала ответа на
вопрос, как оценивать коммутирующую способность щеток. Решение
этого вопроса привлекло к себе внимание многих исследователей. Об-
суждению полученных результатов предоставили свои страницы жур-
налы ’’Электричество” и ’’Вестник электропромышленности”, органи-
зовавшие по ним представительную дискуссию. Поводом для начала
дискуссии послужила статья О.Г. Вегнера и В.Г. Вегнера, в которой
КСЩ предлагалось оценивать с помощью динамических вольт-амперных
характеристик, получаемых при питании электрической цепи коротко-
замкнутого испытательного коллектора переменным током, и устой-
чивостью этих характеристик при повышении температуры. По мнению
названных авторов, КСЩ оказывается тем более высокой, чем круче
подъем кривой Д£/щ = ^(J) и чем стабильнее сохраняется положение
этой кривой при повышении температуры контакта. Даже отмечалось,
что при плотности тока в цепи, составляющей 2—3% номинальной, пере-
ходное падение напряжения в контакте должно приближаться к 80—85%.
В этом случае КСЩ будут достаточно высокими и щетки обеспечат
безыскровую коммутацию высокоиспользуемых электрических ма-
шин [16]. Одновременно с упомянутой публикацией журнала ’’Элект-
ричество” на страницах ’’Вестника электропромышленности” была
опубликована серия статей, предлагавших в дискуссионном порядке
иные способы решения задачи по оценке КСЩ В одной из них эта
задача решалась для коммутируемого контура, имеющего сопротив-
19
ление Rc и описываемого дифференциальным уравнением вида
di
Ls — + iRc + r2 (ia + 0 - (i - ia) = 0.
dt
В этой статье в качестве коммутационной характеристики щеточного
контакта предложено принимать среднее значение разности падений
напряжений на сбегающем и набегающем краях щетки:
4Fcp = 0,5 (Д£/2 - ДСА).
При Д/Гср = const и при соблюдении некоторых условий ток, разры-
ваемый щетками, вычисляется с помощью выражения
уразр “ ~ -------- •
Ls
Если /разр < 0, то условием безыскровой коммутации будет соблю-
дение соотношения ДЕср > 'HvLs/Tk.
В другой публикации из этой серии статей предложено оценивать
КСЩ с помощью зависимосгей Д/7 = f (7). Последние снимаются на
специальном аппарате, снабженном одной рабочей щеткой и катушка-
ми, имитирующими обмотки машин. В качестве показателя КСЩ автор
рекомендовал принимать максимальный ток, который щетк^ способна
скоммутировать без образования дугового разряда. Этот ток, назван-
ный критическим, находится на кривой ДС/ = /(7) в точке, в которой
происходит стабилизация значения Д£/ при дальнейшем возрастании I.
Из нескольких сравниваемых щеток лучшей в коммутационном отно-
шении будет та, у которой при прочих равных условия критический
ток будет большим. В третьей статье этой серии сделана попытка связать
КСЩ с параметрами коммутируемой секции, оценивая последние запа-
сенной в ней энергией. Автор полагал, что рассматриваемое свойство
щеток будет тем выше, чем выше их способность обеспечить к моменту
размыкания секции меньший разрываемый ток, и что это свойство
определяется динамической вольт-амперной характеристикой скользя-
щего контакта, а не вольт-амперной характеристикой дуги. В работе
О.Г. Вегнера из этой же серии статей четко отстаивалась мысль о влиянии
вида статической вольт-амперной характеристики щеток на изменение
тока в коммутируемой секции. Основываясь на этих представлениях,
О.Г. Вегнер предложил классифицировать щеточные материалы по виду
образуемых ими статических вольт-амперных характеристик, разделив
их на две группы: щетки с вольт-амперной характеристикой типа
2ДС/ = const и щетки, названная характеристика которых описывается
уравнением 2ДС7 = kJ Щетки первой из названных групп рекомендова-
лись для коллекторных машин постоянного и переменного тока, в
коммутируемый контур которых вводится коммутирующая ЭДС,
20
наводимая внешним полем. Щетки второй группы рекомендованы
для коллекторных машин постоянного и переменного тока, у которых
разность потенциалов, вводимая в переключаемый контур, определяется
как разность переходных падений напряжения между соединенными
с секцией обмотки якоря коллекторными пластинами и щеткой.
Другие авторы, анализируя уравнение коммутируемого контура,
приходят к выводу, что для обеспечения наиболее благоприятной работы
скользящего контакта необходимо, чтобы разность падений напряже-
ний Д(72 — Д14 была возможно большей. Подобное соотношение, по
их мнению, может быть обеспечено возможно более крутым подъемом
вольт-амперной характеристики щеток. Существует и противоположная
। очка зрения, состоящая в том, что большие переходные падения напря-
жения в скользящем контакте при малых плотностях тока наблюдаются
юлько при длительном его прохождении через контакт и что нельзя
пользоваться вольт-амперными характеристиками для малых плотно-
стей тока при завершении коммутации. В этом случае КСЩ следует опре-
делять непосредственно в процессе коммутации на реальных машинах
или на моделях этих машин.
В печати продолжали публиковаться отклики на дискуссионные мате-
риалы, причем все они носили критический характер. Анализ этих мате-
риалов показал, что все предлагавшиеся методы оценки КСЩ обладают
общей особенностью, заключающейся в том, что оценивают свойства
щеток не по их способности обеспечивать безыскровую работу скользя-
щих контактов электрических машин, а с помощью различных проме-
жуточных критериев, используемых в различных теориях, объяснивших
причины искрения в этих контактах. Таким образом, все предложенные
в то время способы решения вопроса являлись своего рода двухступен-
чатыми, так как требовали изучения влияния щеточного материала на
промежуточные параметры, а затем изучения влияния этих последних на
собственно коммутационный процесс. Поскольку теория этого процесса
базируется на целом ряде допущений и, как это было показано в гл. 1,
еще далека от своего завершения, то естественно заключить, что воз-
можности двухступенчатого метода оценки КСЩ представляются весьма
ограниченными. На указанном основании отмечалась бесперспективность
’’двухступенчатого” метода решения рассматриваемой проблемы и пред-
лагался принципиально иной подход к ее решению. Лучшим подтвержде-
нием отмеченной бесперспективности использования ’’двухступенчатого”
метода является тот факт, что за истекшие со времени проведения дис-
куссии многие годы ни один из предложенных критериев не был ис-
пользован для сравнительной оценки коммутирующих свойств сколько-
нибудь обширной номенклатуры марок щеточных материалов и не был
доведен до результатов, которые можно было бы применять в практи-
ческих целях. Подобные выводы были сделаны после того, как была
оценена способность щеток обеспечивать большую или меньшую обла-
сти безыскровой работы (ОБР) реальных электрических машин. Из
21
практики наладки и эксплуатации этих машин хорошо известно, что при
установке на них щеток разных марок ОБР и коммутационная устойчи-
вость оказываются различными. На основе анализа взаимного располо-
жения этих ОБР было показано, что она зависит от марки установленных
на машине щеток, что видно из рис. 2. Для последующего изучения
Рис. 2. Области безыскровой работы электрических машин при установке
на них щеток разных марок:
а — машина типа ПБК-120/60 (1600 кВт); б - машина типа МП-12-38/8
(480 кВт); в - машина типа МПВ-42,3/78/200 (300 кВт); 1 - щетки ЭГ4; 2 —
щетки 611М; 3 - щетки ЭГ20; 4 - щетки ЭГ14; 5 - щетки ЭГ74
22
выявленной закономерности были разработаны критерии, количественно
оценивающие как сами ОБР, так и соотношения между ними. В каче-
ствс первого из указанных критериев была предложена величина JM,
вычисляемая с помощью формулы
•/м = !X2dF.
Из рис. 3 (ось ординат соответствует току подпитки) и формулы сле-
дует, что речь идет о пределе суммы произведений элементарных пло-
щадок dF на квадраты расстояний их центра 'тяжести от оси тока под-
питки добавочных полюсов, причем суммирование производится по
всей площади безыскровой области. Выбор второй степени для коор-
динаты X обусловлен необходимостью оттенить ее роль в формировании
величины /м. Последняя в соответствии с описанным способом ее вычис-
ления была названа экваториальным моментом инерции площади ОБР
по отношению к оси тока подпитки добавочных полюсов.
Физический смысл показателя J м в условиях рассматриваемой задачи
достаточно очевиден. Он характеризует развитие ОБР по оси нагрузки,
а возрастание его численного значения свидетельствует об улучшении
коммутирующих свойств образующих его щеток.
Если значение J м g Для какой-либо произвольно выбранной марки
щеток принять в качестве базовой, то, располагая значениями для
щеток других марок, испытанных на данной машине, относительную
оценку их коммутирующих свойств удается выразить с помощью отно-
шения, названного индексом коммутации:
X = J м к/^м, б •
Здесь /м, б ~ экваториальный момент инерции площади ОБР относи-
тельно оси тока подпитки, образованной базовой маркой щеток, см4;
J м к _ тот же момент инерции для ОБР, образованных щетками других
марок, испытанных на данной машине, см4.
На основе изложенных представлений
о влиянии КСЩ на характер ОБР и поль-
зуясь критерием N была произведена
систематическая работа по накоплению
экспериментальных данных по сравне-
нию КСЩ щеток разных марок. В ре-
зультате было установлено:
Рис. 3. Определение экваториального мо-
мента инерции площади области безыскровой
работы по отношению к оси тока йодпитки
добавочных полюсов
23
значения N для каждой марки щеточного материала распределены в
соответствии со статистическим законом;
номинальное значение N конкретной марки щеточного материала оп-
ределяется его составом;
для ряда наиболее полно изученных и имеющих наибольшее распро-
странение марок щеточных материалов номинальные значения N при
базовой марке ЭГ4 являются следующими:
Марка щетки 611М ЭГ4 ЭГ20 ЭГ71 ЭГ21 ЭГ14 ЭГ8 ЭГ51 ЭГ74
W......... 0,9 1 1,2 1,2 1,3 1,8 2,2 2,7 3,1
Сформулированные заключения позволили решить еще три чрезвы-
чайно важные задачи. Располагая значениями индекса коммутации для
щеток ряда марок и зная их состав, представилось возможным выя-
вить общую закономерность формирования КСЩ в зависимости от этого
состава, установить взаимосвязь между КСЩ, удельным сопротивле-
нием р и падением переходного напряжения 2ДС7 и высказать гипотезу
о физических основах формирования КСЩ, образование которых связа-
но со структурой вещества, используемого при изготовлении щеточных
материалов. Обобщенная информация по решению первых двух из пе-
речисленных задач представлена на рис. 4. Из анализа кривых следует,
что изменение КСЩ коррелируется с изменением удельного электричес-
кого сопротивления для щеточных материалов всех марок. Что касается
связи между N и 2Д(7, то она сущестует для медно-графитовых материа-
лов (I класса). Для электрографитированных материалов (IV класса),
содержащих в своем составе значительное количество технического угле-
рода, такой связи не существует. Подобная связь обнаруживается у ма-
териалов, содержащих в качестве связующего синтетические смолы,
Рис. 4. Графики измерения удельного электрического сопротивления р, падения
переходного напряжения на пару щеток 2Д£7 и индекса коммутации N щеточных
материалов в зависимости от их состава
24
при использовании которых происходит одновременное возрастание
пачений 2£dJ\\N.
Подводя итог изложенным в настоящей главе сведениям о предло-
женных в разное время методах оценки КСЩ, приходится констатиро-
вать, что среди них нет ни одного, который заслуживал бы всеобщее
признание и в котором поставленная задача была бы доведена до резуль-
13тов, пригодных для практического использования. Исключение со-
ставляет предложенный автором настоящей работы метод оценки
КСЩ с помощью показателя, названного ’’индексом коммутации”. Чис-
ленные значения этого показателя определены для достаточно обширной
номенклатуры выпускаемых в СССР марок щеток, и он может быть
использован для решения задач, рассматриваемых в следующей главе.
Гпава третья
ВЫБОР МАРКИ ЩЕТОК ДЛЯ МАШИН
С ЗАДАННОЙ КОММУТАЦИОННОЙ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ
Процессы расчета и выбора марки щеток, обеспечивающей эксплуата-
ционную надежность электрической машины, являются весьма ответ-
ственными этапами ее создания. При выполнении этой работы следует
рассмотреть комплекс разнообразных вопросов. С одной стороны,
учитываются индивидуальные особенности проектируемой машины, ус-
ловия и режим ее работы, свойства среды, для применения в которой
она предназначена, и другие факторы, обусловленные собственно ма-
шиной и условиями ее использования. С другой стороны, в процессе
конструирования машины приходится анализировать свойства и возмож-
ности материала, из которого будут изготовлены для нее щетки, рас-
считывать их размеры и необходимое количество, определять геометри-
ческую форму, выбирать элементы армировки, способ заделки токо-
ведущего провода и т.п.
Очевидно, что все перечисленные вопросы взаимосвязаны и их сле-
дует решать совместно. Нельзя, например, закончить расчет деталей
узла токосъема и системы щеткодержателей до выбора марки и кон-
струкции щеток. В то же время окончательный выбор марки и кон-
струкции щеток не может быть произведен без учета параметров, харак-
теризующих узел токосъема. Следовательно, расчет и выбор марки ще-
ток не являются самостоятельными операциями. Правильней полагать,
что эти операции являются этапами конструирования щеточно-коллек-
торного узла машины в целом и первым из них должен явиться выбор
материала, из которого следует изготовить щетки, или, что то же, выбор
марки щеток.
Первое представление о способе выбора марки щеток для электри-
ческих машин специалисты получают из курсов и руководств по их
25
проектированию. Типичная схема изложения в них относящейся к рас-
сматриваемому вопросу информации состоит в том, что вслед за тща-
тельно проработанным и математически аргументированным расчетом
коммутационных характеристик машины читателю предлагается произ-
вести выбор марки щеток, пользуясь сведениями соответствующего
стандарта. Обращение к этому стандарту показывает, что в нем норми-
рованы интервалы численных значений ряда лабораторно определяемых
характеристик щеточных материалов и в самом общем виде указаны
преимущественные области применения изготовленных из них щеток.
Указанные области применения отнесены к щеткам всех марок, входя-
щих в каждый из содержащихся в стандарте четырех классов щеточных
материалов. Так, например, для всех изделий электрографитированного
класса, в который входят щетки марок ЭГ2А, ЭГ2АФ, ЭГ4, ЭГ8,
ЭГ14, ЭГ52, ЭГ61, ЭГ74, ЭГ74АФ и ЭГ85,в качестве преимущественной
области применения указаны ’’генераторы и двигатели со средними и
затрудненными условиями коммутации и контактные кольца”. Есте-
ственно, что при столь скудной информации об эксплуатационных
вообще и коммутирующих, в частности, свойствах щеток излагаемая
в курсах и руководствах по расчету электрических машин цепь логи-
ческих рассуждений, определяющих выбор марки щеток, ’’разрывается”,
и задача своего обоснованного решения не получает.
Несколько более информативны каталоги на щетки. Здесь для каж-
дой марки изделий более определенно указаны области применения,
но оценка коммутационной напряженности электрических машин, для
которых они предназначены, продолжает, как и в ГОСТ 2332—75, оста-
ваться качественной.
Отдельные попытки разработать метод выбора марки щеток для
электрической машины можно найти в некоторых работах, рассмот-
ренных в гл. 2 настоящего издания. Так, в работе В. Гейнриха [12] от-
мечается, что высокографитные щетки можно успешно применять на
машинах, качественный коэффициент коммутации £ которых не пре-
вышает 7. В публикации И. Нейкирхена [13] содержится рекомендация
об использовании для различных образом поляризованных щеток ма-
териалов различного класса. В статье [6] предлагается применять на
высокоиспользуемых электрических машинах щетки, динамическая
вольт-амперная характеристика которых отличалась бы большей кру-
тизной подъема. Перечисленные сообщения опубликованы в 1929—
1957 гг., но ни они, ни появившиеся в последующие годы другие публи-
кации на эту тему не дали исчерпывающего решения задачи о выборе
марки щеток для определенной машины. Общим их недостатком яв-
ляется отсутствие количественных оценок как коммутационной на-
пряженности электрических машин, так и коммутирующих свойств
щеток. Первый шаг на пути устранения этого недостатка был сделан
Я.С. Гуриным и В.И. Кузнецовым в книге [17], содержавшей рекомен-
дации по выбору щеток, приведенные в таблице.
26
У словия работы двигателя Класс щеток Марка щеток
। ►блегченная коммутация Графитный 611М
(tr < ЗВ)
( редняя и затрудненная коммутация (ег > 3 В) Электрофитирован- ЭГ4, ЭГ14, ЭГ71, ЭГ74 ный
Принципиальная особенность приведенной рекомендации, выгодно
отличающая ее от всего, что ранее рекомендовалось другими авторами,
состоит в том, что здесь дана хотя и весьма грубая, но все же количе-
ственная оценка условий работы электрических машин, выраженных
значением коммутационной напряженности (реактивной ЭДС) ег. Что
касается КСЩ, то и здесь своей оценки она не получила, так как все
щетки электрографитированного класса в этом отношении оказались
равнозначными.
Отмеченные недостатки методов не послужили препятствием для
повторения рекомендаций в книге, вышедшей шесть лет спустя [18].
Очевидно, для получения окончательного решения задачи выбора марки
щеток для заданной машины представляется необходимым произвести
более дифференцированную оценку ег электрических машин, в целом
увязав ее с дифференцированными значениями свойств щеток разных
марок. Решение сформулированной таким образом задачи представлено
номограммой, изображенной на рис. 5. В этой номограмме обобщен
почти сорокалетний опыт работы автора в области наладки коммута-
ции электрических машин самых различных назначений и мощностей
(вплоть до предельных), эксплуатируемых на промышленных пред-
Р и с. 5. Номограмма для выбора марки щеток к электрической машине с
заданным значением реактивной ЭДС
27
приятиях разных отраслей народного хозяйства. Номограмма связывает
между собой коммутационную напряженность электрических машин,
оцениваемую значениями ег, и коммутационные способности щеток,
определяемые значениями индекса коммутации N. Из номограммы
следует, что машины, характеризуемые значениями ег < 2,5 В, могут
удовлетворительно эксплуатироваться со щетками марки 61 ЮМ, маши-
ны, у которых значения ег доходят до 3,5 В, могут оборудоваться щет-
ками марки ЭГ4, машины, у которых ег = 2 -г 4,5 В, — со щетками
марки ЭГ2А и т.д.
Описываемое решение вопроса выбора марки щеток для машины
с заданной коммутационной напряженностью следует полагать логи-
ческим завершением работ, начатых В. Гейнрихом в 1929 г., когда он
пытался связать группу щеточного материала с ’’качественным” коэф-
фициентом коммутации машины £ [12]. Таким образом, представляется
возможным констатировать, что 60-летний поиск привел к результатам,
позволившим дать практике достаточно полный ответ на рассмотренный
здесь вопрос.
При пользовании номограммой следует иметь в виду, что даваемые
ею рекомендации касаются обеспечения допустимой степени искрения
на коллекторах электрических машин, обусловленной их коммутацион-
ной напряженностью. В реальных условиях эксплуатации возможна
ситуация, когда искрообразование в скользящем контакте обусловлено
действием механических факторов, к числу которых относятся всевоз-
можные макро- и микронарушения рабочих поверхностей коллекторов,
неуравновешенность якорей, неудовлетворительное состояние нажимных
устройств щеткодержателей и, наконец, жесткость щеточных материа-
лов. Последняя характеристика предопределяет виброустойчивость
этих материалов, которая оказывается тем меньшей, чем большее
количество технического углерода содержится в их составе. Таким об-
разом, оказывается, что склонность щеток к вибрациям возрастает
вместе с ростом их коммутирующих свойств. Качественно рост подоб-
ной склонности совпадает с характером возрастания линии N на рис. 4.
Подобное обстоятельство объясняет, почему в некоторых случаях на-
ладки коммутации искрение на коллекторе удается устранить, приме-
няя щетки с меньшей коммутирующей способностью, но с большей
виброустойчивостью. Описанная ситуация возникает в случае, когда
причиной искрообразования являются механические, а не электрические
факторы, связанные с коммутацией. Выявить подобную ситуацию мож-
но, наблюдая за характером искрения. При действии механических фак-
торов интенсивность искрения не зависит от нагрузки на машину, оно
возникает не только под сбегающим краем щетки, а и под всей ее кон-
тактной поверхностью, и его можно уменьшить, повышая давление на
щетки и уменьшая окружную скорость на рабочей поверхности коллек-
тора. Характерным для рассматриваемого вида искрения является
цвет, в котором преобладает зеленая окраска.
28
Таблица 1. Выбор марки щеток для электрических машин низкого напряжения
Напряжение До 6 6-12 12-25 25-60 60-80 машин, В 80-110
Марка щеток МГ1 МГ2 МГ4 Ml; Мб М20 61 ЮМ
Удельное элект- 0,04-0,12 0,1-0,25 0,3-1,3 2-5; 1-6 3-13 рическое сопро- гивление, мкОм’м 8-22
Переходя к выбору марки щеток для электрических машин низкого
напряжения в качестве определяющего фактора следует использовать в
соответствии с отмеченным ранее значения их рабочего напряжения.
Машины низкого напряжения в большинстве случаев оборудуются
щетками металлографитного класса, коммутирующие возможности
которых коррелируются с характеристикой удельного электрического
сопротивления материалов, из которых они изготовляются. Как показа-
но на рис. 4, особенность этой корреляции состоит в том, что коммути-
рующие способности щеток уменьшаются по мере увеличения содержа-
ния в их составе количества меди. Следовательно, содержание этого
компонента должно быть тем меньшим, чем более высоким является
рабочее напряжение электрической машины. Поскольку увеличение
содержания меди в составе материала щеток самым непосредственным
образом влияет на уменьшение их удельного электрического сопротив-
ления, то изложенное правило можно сформулировать и так: для маши-
ны более высокого рабочего напряжения следует применять щетки с
более высоким удельным электрическим сопротивлением.
Практическая реализация изложенного правила осуществляется пу-
тем выбора для электрических машин низкого напряжения щеток ма-
рок, указанных в табл. 1.
При выборе марки щеток в дополнение к указанному ранее необ-
ходимо располагать информацией по их параметрам, содержащейся в
нормативно-технической документации (табл. 2). Эти сведения пред-
назначены главным образом для контроля за ходом технологического
процесса производства материалов, используемых при изготовлении
щеток, и определяются в соответствии с ГОСТ 9506—74. Удельное элект-
рическое сопротивление и твердость для щеток всех марок определяют-
ся одними и теми же методами. Переходные падения напряжения, коэф-
фициент трения и износ для щеток разных марок определяются по-
разному. В одних случаях используются короткозамкнутые коллек-
торы типа КЗК-280, а в других — типа КЗК-95. Окружные скорости,
плотности тока и нажатие на щетки в коллекторах для названных типов
различны. По указанной причине следует предостеречь от попыток
29
Таблица 2. Параметры щеток, изготавливаемых в СССР
Марка
щетки
Номиналь-
ная плот-
ность тока,
А/см2
Допустимая
окружная
скорость,
м/с
Удельное
нажатие,
кПа
Удельное
электричес-
кое сопротив-
ление,
мкОм•м
Щетки графит
гз 12 60 20-25 14 ±6
Г20 15 40 50 68 ±32
Г26 10 35 18-25 90 ±20
Щетки угольно-
Г21 5 30 15-100 300 ± 150
Г22 10 30 40 165 ±65
ГЗО 10 35 18-25 230 ± 80
гзз 5,5 36 29-54 300 ± 150
гззм 10 35 12-22 «1600
Г34 15 25 <34 <220
Щетки электрографи
ЭГ2А 12 50 20-25 20 ± 8
ЭГ2АФ 15 90 15-21 24 ± 11
ЭГ4 12 60 15-20 11 ±5
ЭГ8 11 45 20-40 43 ±7
ЭГ13 — — — 29 ±9
ЭГ13П — — — 32 ±6
ЭГ14 12 45 20-40 29 ±9
ЭГ17 — — — 12 ±3
ЭГ50 5,5 19 15 29 ± 10
ЭГ51 13 60 20-25 30 ± 10
ЭГ51А — — — 28 ± 10
ЭГ61 13 60 35-50 35 ± 11
ЭГ61А 13 60 — 54 ± 18
ЭГ62 10 50 29-49 45 ± 25
ЭГ63 56 57 86 17 ±6
ЭГ71 12 45 20-25 27 ± 8
ЭГ74 15 50 17-25 55 ± 20
ЭГ74АФ 15 60 15-21 29 ±9
ЭГ74К 12 60 17-27 55 ±20
ЭГ75 13 60 34-49 50 ± 15
ЭГ84 17 50 23-39 50 ±20
ЭГ84-1 17 55 23-50 60 ± 20
ЭГ85 15 50 17-35 55 ±20
ЭГ86 12 45 — 27,5 ± 17,5
ЭГ141 17 60 20-30 35 ± 15
Щетки металло-
Ml 25 33 15-20 3,5 ± 1,5
М1А — — — 4 ±2
Мб 24 35 15-20 3,5 ± 2,5
М20 15 45 15-20 8 ±5
МГ 30 30 18-23 <0,12
30
Твер- дость, 107 Па Переход- ное паде- ние напря- жения на Коэффи- циент трения, не более Износ за 20 ч, мм, не более
пару щеток, В
Нормативный документ
ного класса
13 ±6 1 ±0,4 0,3 0,5 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
3,2 ± 1,1 0,22 0,15 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
- >2 0,26 — ТУ 16.538.211-73
графитового класса
40+20 4,6 ± 1,4 0,25 — ТУ 16.538.015-68
36 + 19 >2,2 0,25 0,3 ТУ 16.538.142-73
— >3 0,25 — ТУ 16.538.211-75
40 ±23 4,7 ± 1,3 0,25 — ТУ 16.538.319-78
40 +20 — — — ТУ 16.538.218-78
35 ±21 2,2 ± 0,8 0,27 0.30 ТУ 16.538.360-80
тированного класса
15 ±7 1,4 ±0,5 0,23 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
14 ± 8 1,6 ±0,5 0,23 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
4 ±2 1,4 ±0,6 0,25 0,6 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
22 ±13 1,4 ±0,4 0,25 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
18 ± 10 1,7 ±0,5 0,22 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
18 ± 10 1,7 ±0,5 0,22 0,35 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
19 ± 11 1,6 ±0,5 0,25 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
18 ±7 — — — ТУ 16.538.399-83
21 ±10 — — — ТУ 16.538.021-77
36 ± 19 1,6 ±0,4 0,22 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
37 ± 17 1,6 ±0,4 0,22 0,38 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
— 3 0,17 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
45 ± 23 2,5 ± 0,7 0,15 0,3 ТУ 16.538.312-77
— 2,1 ±0,9 0,17 0,4 ТУ 16.538.222-74
10 ±6 2,2 ± 0,5 0,25 0,3 ТУ 16.538.005-78
10 ±4 1,6 ±0,5 0,3 0,4 ТУ 16.538.389-83
33 ± 17 1,8 ±0,6 0,22 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
35 ± 15 1,5 ±0,5 0,22 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
— 1,9 ±0,6 0,22 — ТУ 16.538.302-80
— 2,35 ±0,85 0,17 0,3 ТУ 16.538.266-75
— 2,5 ± 1,0 0,19 0,4 ТУ 16.538.218-74
— 2,7 ± 1,0 0,17 0,35 ТУ 16.538.218-74
34 ± 16 2,1 ±0,5 0,2 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
21 ± 14 1,75 ±0,75 0,28 — ТУ 16.538.318-77
20 ± 10 1,6 ±0,5 0,20 0,35 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.336
.графитного класса
16 ±8 1,4 ±0,4 0,25 0,18 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
16 ±8 1,5 ±0,5 0,22 0,18 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
17,5 ± 7,5 1,5 ±0,5 0,2 0,35 ТУ 16.538.396-83
16 ±8 1,4 ±0,4 0,26 0,2 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
9 ±5 <0,3 0,2 0,8 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
31
Продолжение табл. 2
Марка щетки Номиналь- ная плот- ность тока, А/см2 Допустимая окружная скорость, м/с Удельное нажатие кПа Удельное электрическое сопротивление, мкОм•м
МГ4 24 30 20-25 <1,3
МГ4С — — — 1,7 ± 1,3
МГСО1 — — — <0,3
МГСОА — — — 0,2 ± 0,1
МГСО1А — — — <0,8
МГС5 24 35 20-25 8,5 ± 6,5
МГС9А — — — <10
МГС20 — — — <0,4
МГС51 — — — 7,5 ± 5,5
6И0М 15 90 12-22 15 ±7
Примечание. Для щеток металлографитного класса приведен износ за
сравнивать между собой значения трех последних характеристик для
разных марок. Следует также отметить, что приводимые в табл. 2 зна-
чения износа характеризуют износостойкость щеток при испытании их
на короткозамкнутом коллекторе, а не на реальной электрической
машине.
Щетки металлографитного класса, перечисленные в табл. 1, имеют
еще одну область применения — контактные кольца синхронных
(щетки марок МГ1, МГ4, Ml) и асинхронных машин (щетки марок
МГ1, МГ2, МГ4, М20) и одноякорных преобразователей (щетки марок
МГ2,МГ4,М1).
Выбирая щетки для электрических машин с контактными коль-
цами, следует иметь в виду материал, из которого изготовлены послед-
ние. В общем электромашиностроении для указанной цели применяется
бронза, латунь, медь, сталь и чугун. Систематизированных сведений
о достоинствах и недостатках каждого из перечисленных материалов в
применении к контактным кольцам в настоящее время не имеется.
Можно только отметить, что по данным обследования большого коли-
чества электрических машин (принятых за 100%) относительное коли-
чество случаев использования перечисленных материалов оказалось
следующим:
32
Твер- дость, 107 Па Переход- ное паде- ние напря- жения на пару ще- ток, В Коэффи- циент трения, не более Износ за 20 ч, мм, не более Нормативный документ
16 ±6 <1,6 0,2 0,3 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
— 1,1 ±0,5 0,2 0,3 ТУ 16.538.063-76
13+7 <3,5 0,25 0,60 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
29 ± 15 0,3 ± 0,2 0,24 0,60 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
13 ±7 <0,5 0,25 0,60 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
13 ±7 1,3 +0,6 0,22 0,4 ТУ 16.538.351-80
25 ± 13 <2,0 0,25 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
15 ± 10 0,65 ± 0,35 0,25 0,6 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
13 ±7 1,85 ± 0,65 0,22 0,35 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.267.001
9 ± 3 1,2 ±0,5 0,3 0,4 ТУ 16-88, ИЛЕА.685.211.037
50 ч.
Материал контакт- ного кольца Количество электрических машин, имею- щих контактные кольца из данного ма- териала, % асинхронных синхронных
Бронза Латунь Медь Сталь Чугун 38 10 20 14 15 15 69 12 7
Рассмотрим далее принцип выбора марки щеток для коллекторных
двигателей переменного тока. Как было отмечено ранее, коммутацион-
ная напряженность названных машин определяется сочетанием реак-
тивных и трансформаторных ЭДС, причем значения последних всегда
являются большими. По указанной причине значения этих ЭДС и опре-
деляют выбор марки щеток, используемой на коллекторах машин рас-
сматриваемого типа. В случае, если у них низкие значения трансформа-
торной ЭДС (порядка 1,3-1,9), следует применить щетки марки Г26.
При средних значениях этой ЭДС переходят к применению щеток
марки Г22. При дальнейшем повышении ЭДС удовлетворительную
эксплуатацию обеспечат щетки марки ГЗО. Изложенные рекомендации
основаны на результатах всестороннего исследования работы щеточно-
коллекторных узлов коллекторных машин переменного тока, описан-
33
3-6886
ных в [19]. Там же указано, что эта рекомендация справедлива прежде
всего для многофазных электродвигателей, возбуждаемых со стороны
ротора. Для электродвигателей с шунтовой характеристикой, питаемых
со стороны статора, возможно также использование щеток марок ЭГ14,
ЭГ51 и ЭГ74, о которых сообщалось ранее. Технические характеристи-
ки щеток марок Г22, Г26 и ГЗО приведены в табл. 2. Щетки этих марок
имеют одну особенность, отличающую их от других электроугольных
изделий, рассмотренных в настоящем издании. Упомянутая особенность
состоит в использовании при их изготовлении синтетических связующих
веществ. Подобное обстоятельство обеспечило придание изделиям пере-
численных марок весьма высоких эксплуатационных свойств. Об этом
свидетельствует опыт их использования на коллекторных электричес-
ких машинах переменного тока, импортированных в страну в составе
закупленных за рубежом промышленных комплексов. В публикации
[20] сообщено о результатах наблюдений за работой таких электричес-
ких машин, изготовленных в самых различных странах. На этих маши-
нах в состоянии поставки находились щетки нескольких десятков ма-
рок, изготовленные ведущими фирмами Великобритании, Франции,
ФРГ, Японии, США и других стран. После отработки ресурса поступив-
ших из-за рубежа щеток все они были заменены отечественными изде-
лиями марок Г22, Г26 и ГЗО. Оценка эксплуатационных свойств послед-
них, показывающая, какое относительное количество щеток (в процен-
тах) попало в различные группы показателей их работы, видна из
табл. 3.
Приведенные цифры свидетельствуют о практически одинаковой
коммутационной способности сравниваемых изделий и несколько
большей износоустойчивости отечественных.
Помимо коллекторов электрические машины рассматриваемого типа
имеют еще и контактные кольца. Здесь используются щетки марок
МГ1, МГ4, 61 ЮМ, ЭГ4 и ЭГ14, сведения о которых приводились ранее.
Процедура выбора марки щеток для электрических машин обще-
промышленного назначения изложена ранее в настоящей главе. Машины
Таблица 3. Сравнительная оценка эксплуатационных свойств щеток марок Г22,
Г26 и ГЗО и ряда марок щеток зарубежного производства
Щетки Количество машин, %
Интервалы значений скорости изнашивания, мм/1000 ч Степень искрения
0-1 1-2 2-3 3-4 > 4 1” 1 1/4’ ’ 1 1/2” 2”и более
Отечественные 67 23 4 6 44 49 7 —
Зарубежные 46 41 10 3 40 49 11 -
34
этого назначения эксплуатируются на промышленных предприятиях
различных отраслей народного хозяйства. Условия, в которых они экс-
плуатируются, и режимы их работы весьма разнообразны. Наряду
с ними в этих отраслях распространено большое количество типов
электрических машин, условия использования и режимы работы кото-
рых в достаточной степени определены. Предназначенные для них марки
щеток специализированы по областям применения. Номенклатура этих
марок постоянно пополняется за счет разработки новых изделий. В по-
следующем изложении будут рассмотрены главным образом те из них,
которые разработаны в последние годи и эксплуатационные свойства
которых являются наиболее высокими. Рассмотрение начнем со щеток,
предназначенных для электрических машин рельсового транспорта.
Тяговые двигатели электровозов, тепловозов и мотор-вагонов следует
оборудовать щетками марок ЭГ61, ЭГ61А, ЭГ74 и ЭГ75. Для тяговых
двигателей метро и трамваев предназначены изделия марок ЭГ62 и
ЭГ84-1. Изделия двух последних марок предназначены также и для
тяговых двигателей троллейбусов.
Что касается транспорта на резиновом ходу, укажем, что электричес-
кие машины автомобильной серии ориентированы на использование
щеток марок ЭГ13, ЭГ13П, ЭГ50 (генераторы постоянного тока),
ЭГ51А, Ml А (генераторы переменного тока), МГС9А и 96-0 (вспомо-
гательные машины). Особую группу в серии щеток автомобильного
назначения составляют щетки стартеров. В эту группу входят изделия
марок МГСОА, МГСО1, МГС20, МГС5 и МГС51. Первые три из пере-
численных марок предназначены для использования на стартерах, на-
пряжение которых не превышает 12 В, остальные — для стартеров, на-
пряжение которых достигает 24 В. Нормативно-техническим докумен-
том на щетки автотракторного электрооборудования является
ТУ 16-88, ИЛЕА. 685.267.001 ТУ. В соответствии с содержащимися
в нем характеристиками и производится выбор последних для стар-
теров конкретного типа.
Электрооборудование приборов бытовой техники и электроинстру-
ментов следует снабжать щетками марок Г21 и ГЗЗ. Для универсаль-
ных малогабаритных электрических бритв постоянного и переменного
тока отлично работают со щетками марки ЭГ17.
Использование электроугольных изделий на оборудовании электро-
станций в последние годы начало сокращаться. Происходит это из-за
начавшегося в 70-х годах распространения бесщеточных систем воз-
буждения. Имея в виду, что иногда создаются резервные системы воз-
буждения, напомним, что контактные кольца отрицательной полярности
турбогенераторов мощностью 300 и 500 МВт оборудуются щетками
марки ЭГ2АФ, а кольца противоположной полярности — щетками
марки 61 ЮМ. Изделия последней марки могут применяться на
кольцах обеих полярностей турбогенераторов мощностью до 300 МВт.
Выбор марки щеток возбудителей турбогенераторов определяется их
35
мощностью. При мощности 200—250 кВт возбудители удовлетвори-
тельно работают со щетками, индекс коммутации которых близок к
единице (ГЗ, ЭГ4, 61 ЮМ). Более мощные возбудители требуют при-
менения щеток с повышенной коммутационной способностью (ЭГ74).
Коснувшись области производства электроэнергии, упомянем о щет-
ках, используемых в системе ее распределения. Здесь имеются в виду
щетки, предназначенные для синхронных компенсаторов. Выбор щеток
для тех из них, в которых сохраняется электрический скользящий
контакт, определяется условиями его работы. Синхронные компенсато-
ры, контакт которых располагается в обычной воздушной среде, обо-
рудуются щетками марки ЭГ2АФ (компенсаторы типов КС5000—6,
КС7500-6, КС15000-6, КС15000-11, КСЗОООО-11). В компенсаторах
типов КСВ37500-11 и КСВ75000-11 скользящий контакт распола-
гается в объеме, заполненном водородом. В этом случае следует вос-
пользоваться изделиями марки ЭГ74АФ. При возникновении некоторых
особых условий эксплуатации электрического скользящего контакта
всегда нужно использовать специально предназначенные электроуголь-
ные изделия. Так, например, если в окружающей контакт среде присут-
ствуют пары кремнийорганических соединений, удовлетворительная
работа контакта обеспечивается применением щеток марки ЭГ74К.
Для электрических машин, используемых в кратковременном цикле,
температура коллектора которых достигает 350 °C, следует восполь-
зоваться изделиями марки ЭГ63. Для высокомоментных электрических
машин с кремнийорганической изоляцией предназначены щетки мар-
ки ЭГ86.
В заключение заметим, что изложенные в настоящей главе рекомен-
дации по выбору марки щеток являются обобщением многолетней дея-
тельности ВНИИЭИ — головной в стране организации по электроуголь-
ным изделиям. При возникновении каких-либо затруднений в обес-
печении нормальной эксплуатации элементов скользящих контактов
электрических машин целесообразно обращение в эту организацию.
Гпава четвертая
ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ
ЩЕТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНОГО УЗЛА
Основными показателями, определяющими режим работы элементов
скользящего контакта в электромашиностроении, являются окруж-
ная скорость на поверхности скольжения коллектора или контактного
кольца v , плотность тока в скользящем контакте J и удельное нажатие
на щетки р. Значения трех перечисленных параметров для конкретной
электрической машины определяются в процессе ее расчета и увязывают-
ся с соответствующими значениями, содержащимися в нормативно-
36
технической документации на щетки. При этом, естественно, учитывают-
ся данные эксплуатации ранее изготовленных электрических машин,
личный опыт расчетчика и другая имеющаяся в его распоряжении инфор-
мация. К сожалению, среди этих сведений не содержится ничего, что
указывало бы на оптимальность режима работы скользящего контакта
ранее построенных машин. Между тем в теории и практике использо-
вания этого контакта накопилось достаточное количество данных, по-
зволяющих произвести аналитическое исследование параметров, опре-
деляющих режим его работы и показывающих, что практикуемые
способы выбора значений этих параметров не всегда создают оптималь-
ные условия работы контактных элементов. Для подтверждения изло-
женного заключения вычислим полные потери Р в электрическом сколь-
зящем контакте, которые представляют собой сумму механических по-
терь на трение ДРМ и электрических потерь AF3. В самом общем слу-
чае искомая величина определяется с помощью известной формулы
Р = ДРМ + АРЭ = 9,81дГдг + 2ДС/, (5)
где р — удельное давление в контактной зоне, Па; F — площадь кон-
тактной поверхности всех установленных на машине щеток, см2; д —
коэффициент трения щеток о поверхность коллектора (кольца); г —
окружная скорость этой поверхности, м/с; 2ДС — переходное падение
напряжения на пару щеток, В; I — ток, протекающий через контакт, А.
Если учесть, что при использовании скользящего контакта на электри-
ческих машинах всегда сохраняется соотношение
F = 27/J, (6)
где J — плотность тока в зоне контакта, то формулу (5) можно пред-
ставить в виде
Р = 2.9,8 Ippv — + 2ДС/. (7)
J
Для последующего анализа (7) воспользуемся выражениями
2ДС = Ао + BqJ и д = Со - Dov,
где Л о, Со hD0 — постоянные, зависящие от марки щеток.
Использование двух последних выражений позволяет переписать (7)
в новом виде
/
Р = 2 • 9,81дг(С0 - Dov) ~ + (Ло + B0J)I. (8)
Поскольку для щеток применяемой марки значения Ао, Во, Со и Do
известны, a I nJ связаны между собой соотношением (6), полные поте-
37
ри в скользящем контакте можно рассматривать как функцию трех
переменных:
Р = ч>(р, v,J).
Влияние каждой из перечисленных переменных на Р можно выявить
путем аналитического исследования (8). Для этого дважды продиффе-
ренцируем ее по каждой из трех переменных и выявим условия суще-
ствования для нее экстремальных значений:
ЭР I
---- = 2-9,81г (Со - ZV) — ; (9)
Эр J
Э2Р - = 0; (10)
Эр2
ЭР I
Эр = 2-9,81р — (Со - О0р); (И)
Э2Р I
= —4.9,81р — £>0; (12)
Эр2 J
ЭР 2 . 9,81pv(C0 - Dqv)I
— = + Во1-, (13)
э/ J2
Э2Р 4 • 9,81pv (Со - Dqv)I
ЭР2 J3 (14)
Из рассмотрения (9) и (10) следует, что влияние удельного давления
на полные потери является однозначным: по мере увеличения р значе-
ние Р монотонно возрастает. Очевидно, что в условиях эксплуатации
необходимо стремиться к выбору возможно меньших значений давления
на щетки. Пределом здесь являются значения, при которых может на-
ступать нарушение механического взаимодействия между элементами
контакта.
Принципиально по-другому проявляет себя влияние на Р окружной
скорости г и плотности тока J. Поскольку, как это следует из (12),
Э2Р/Эг 2 < 0, то при соблюдении равенства
р=Со/(2По), (15)
обращающего первую производную (11) в нуль, рассматриваемая функ-
ция будет иметь максимум.
При дифференцировании по J первая производная (13) обратится
в нуль в случае, когда
38
J = x/2-9,81pv(Co - D^v)/B0.
(16)
Поскольку для рассматриваемой задачи всегда будет соблюдаться
соотношение Со > Др , подстановка J из (16) в выражение для второй
производной (14) всегда будет давать (PP/dJ2 > 0. Следовательно,
исследуемая функция в данном случае будет иметь минимум. Графи-
ческая интерпретация произведенных выкладок иллюстрируется зави-
симостями на рис. 6, на которых показано расположение точек миниму-
ма полных потерь в скользящем контакте электрической машины при
различных значениях окружной скорости на коллекторе и плотности
тока в контакте.
Произведенные выкладки и приведенные графики могут быть ис-
пользованы для выяснения вопроса о том, как соотносятся между собой
экстремальные значения окружной скорости и плотности тока, фигу-
рирующие в нормативно-технической документации на щетки, и значе-
ния этих же параметров, определяющие минимум полных потерь в
скользящем контакте. Результаты надлежащим образом произведенных
расчетов представлены в табл. 4.
Таблица 4. Значения v и J
Марки щеток Значения Vj, при кото- рых функ- ция полных потерь имеет максимум, м/с Значения при которых функция полных потерь имеет минимум, А/см , при окружных скоростях, м/с к Значения, рекомен- дуемые ГОСТ
1>2» м/с 2 /2, А/см
10 20 30
Г22 33* в 12* — 30 10
Г26 28* — 12* — 35 10
гзо 31* — 20* — 35 10
ЭГ2А 35 9 11 13 50 12
ЭГ4 33 9 12 13 60 12
ЭГ8 22 10 12 13 45 11
ЭГ14 23 10 12 13 45 12
ЭГ74 22 10 12 12 50 15
6П0М 26 12 14 15 90 15
Ml 29 16 19 20 33 25
Мб 32 13 17 18 35 24
М20 33 11 14 15 45 15
МП 27 29 34 36 30 30
МГ2 28 25 31 32 30 28
МГ4 26 18 22 23 30 29
* По данным [21].
39
Рис. 6. Зависимости полных потерь в скользящем контакте электрической машины заданной мощности от плотности
тока при разных значениях окружной скорости на рабочей поверхности коллектора:
--------------- электрические потери; ------ - суммарные потери
Приведенные здесь цифры свидетельствуют, что для щеток большин-
ства марок значения v t и и 2 не совпадают, что благоприятно сказывает-
ся на значении полных потерь в контакте. В случаях, когда имеет место
сходимость .значений v ! и v2 (щекти марок МГ1, МГ2, Мб и Г22), зна-
чения полных потерь в нем окажутся в области максимума. Сопостав-
ление значений Jj и J 2 показывает, что во всех практически важных слу-
чаях использования щеток (имеются в виду случаи, когда скорость
больше 20 м/с) рекомендуемая нормативно-техническими документа-
ми плотность тока в щетках имеет меньшие значения, чем определенная
из условия минимума полных потерь. Отмеченный факт свидетельствует
о принципиальной возможности повышения плотности тока в контакте
за счет уменьшения суммарной контактной площади щеток, уста-
навливаемых на машине. Общие потери в контакте при этом
снижаются.
Изложенная методика определения оптимального режима работы
скользящего контакта электрических машин базировалась на выполне-
нии требования минимума полных контактных потерь. Поскольку
при этом выявилось, что для оптимизации режима следует повысить
плотность тока в контакте по сравнению с указываемой в нормативно-
технических документах на щетки, то становится необходимым допол-
нительное изучение последствий, к которым подобное увеличение
может привести. В самом общем виде эта новая задача формулируется
следующим образом: каковы возможные значения плотности тока в
скользящем контакте электрических машин и как возрастание этой
плотности повлияет на процесс их коммутации?
Принципиальная возможность нормального функционирования элект-
рического скользящего контакта при весьма значительных плотностях
тока в нем убедительно доказана практикой работы рельсового электри-
фицированного транспорта. Контактная пара ’’троллейный провод — лы-
жа пантографа” соприкасается с поверхностью, площадь которой со-
ставляет доли сантиметра, и через этот скользящий контакт длительно
проходят токи до 1520 А (электровоз Н8). Приведенный пример заим-
ствован из области, где условия работы элементов контакта отличны от
имеющих место в электрических машинах. Что касается этих последних,
то и здесь имеются примеры весьма интенсивного использования кон-
такта. Еще Е. Арнольд показал, что хорошо пришлифованные щетки мо-
гут работать без искрения на гладной поверхности контактного кольца
при J = 500 А/см2. В [22] описана работа щетки на коллекторе при
практически активном сопротивлении коммутируемой секции, искрения
которой не наблюдалось при средней плотности тока 225 А/см2 и плот-
ности тока под ее сбегающим краем, достигавшей 350—400 А/см2.
В [23] описана замена жидкостного контакта униполярной машины на
щеточный. Произведя тщательную обработку поверхности контакт-
ного кольца, применив металлографитные щетки и подобрав угол их
наклона в щеткодержателях, в описанном случае была достигнута
41
безыскровая работа контакта в импульсном режиме при плотности
тока 1500 А/см2 и окружной скорости 170 м/с.
Изложенные сведения свидетельствуют о том, что сама по себе боль-
шая плотность тока в скользящем контакте не является достаточным
условием для появления искрения. Кроме того, эти сведения служат
доказательством принципиальной возможности работы высоконагру-
женного контакта и в электрической машине. Что касается практической
возможности подобной работы, то она доказывается прямыми опытами.
На рис. 7 воспроизведены заимствованные из различных источников ОБР
ряда электрических машин при последовательном уменьшении суммар-
ной площади установленного на них комплекта щеток. Рисунок 7, а
построен по данным испытаний машины типа ПН-290 (23 кВт, 110 В,
1000 об/мин), оборудованной щетками марки ЭГ4 сечением 12,5 х
х 25 мм. Зона 1 снята, когда на машине находился полный комплект
щеток, состоящий из 16 штук; ОБР 2 и 3 получены при уменьшении
числа щеток до 12 и 8 штук соответственно. Из рассмотрения ОБР
следует, что уменьшение числа щеток с 16 до 12 ОБР не ухудшило
(в данном случае даже несколько улучшило), а сам факт наличия зоны
при 1а = 350 А указывает на возможность некоторого дальнейшего уве-
личения тока якоря. Последующее уменьшение числа щеток до 8 не из-
менило ширины ОБР в области номинального тока машины (210 А),
хотя плотность тока в щетках при этом достигла 17,5 А/см2. Оценивая
результаты описываемого опыта с помощью введенного ранее в рас-
смотрение понятия об индексе коммутации N, обнаруживаемую связь
между ним и числом установленных на машине щеток представим сле-
дующими данными:
Число щеток на машине............16 12 8
Значение индекса коммутации 7V . . . . 1 1,25 0,81
Рисунки 7, б и в иллюстрируют результаты опытов на электродвига-
теле постоянного тока мощностью 20 кВт с окружной скоростью на по-
верхности скольжения коллектора 21,3 м/с. Повышение плотности тока
в контакте осуществлялось уменьшением площади поперечного сечения
щеток без изменения их количества. Удельное давление на щетки со-
хранялось постоянным и составляло 27—30 кПа. ОБР на рис. 7, б сни-
мались при установке на машине щеток марки ЭГ8. ОБР 1 получена
при площади сечения щеток на полюс машины, равной 7,2 см2. ОБР 2
и 3 сняты при последовательном уменьшении этой площади до 3,6 и
1,8- см2 соответственно. ОБР на рис. 7, в сняты на машине, оборудо-
ванной щетками марки ЭГ14. При снятии ОБР 7 площадь сечения щеток
на полюс составляла 12,5 см2 ; ОБР 2 снята после уменьшения площади
до 5,75 см2. Построения, изображенные на рис. 7, гид, получены в ре-
зультате проведения опытов на генераторе типа П92М (80 кВт, 230 В,
1500 об/мин), снабженном щетками марок ЭГ74 и ЭГ4 сечением
42
Рис. 7. Изменение областей безыскровой работы электрических машин при
уменьшении площади контактной поверхности установленных на них щеток
2 х (8 х 25) мм при удельном давлении 20—50 кПа. Увеличение плот-
ности тока в контакте производилось поднятием части щеток на каждом
из бракетов. ОБР 2 рассматриваемых графиков только немного усту-
пают зонам 7, полученным при плотности тока, в 2,5 раза большей.
ОБР на рис. 7, е-з построены по результатам испытаний на машинах
типов П-92, ПЛТ-99/47 и ПН/290 соответственно. ОБР 7 на рис. 7, е снята
при установке на бракетах четырех щеток марки ЭГ74. Далее число ще-
ток уменьшилось сначала до трех (ОБР 2), а затем до двух (ОБР 3).
Сопоставление областей 7 и 3 свидетельствует о том, что при двухкрат-
ном возрастании плотности тока в контакте индекс коммутации этих
областей остался практически неизменным. Следовательно, протекание
коммутационного процесса изменению не подвергалось. Характер кри-
вых на рис. 7, ж показывает, как изменялись ОБР при уменьшении
числа щеток марки ЭГ14 с семи (ОБР 7) до пяти (ОБР 2) и четырех
(ОБР 3). Здесь темп уменьшения значений индексов коммутации су-
щественно отстает от темпа увеличения плотности тока в контакте.
Области 1-3 на рис. 7, з сняты при последовательном уменьшении чис-
ла щеток на бракете с четырех до трех и двух. Расположение ОБР пока-
зывает, что существенное возрастание плотности тока в контакте не вы-
зывало каких-либо осложнений в протекании процесса коммутации.
Эксперименты, результатами которых явились кривые рис. 7, проводи-
лись разными исследователями, и все они пришли к заключению о воз-
можности повышения плотности тока в скользящих контактах электри-
ческих машин по сравнению со значениями, приводимыми в нормативно-
технической документации на щетки.
Анализ возможностей повышения плотности тока к контакте не мо-
жет ограничиваться изучением закономерностей изменения только ком-
мутирующих свойств. Дополнительно рассмотреть следует баланс потерь
в контакте при возрастании J . Изложенные ранее теоретические основы
этой зависимости указывают на существование условий, при которых
возможно снижение полных потерь в контакте при повышении
плотности тока в нем [формулы (13), (14) и рис. 6]. Одна из экспери-
Таблица 5. Тепловое состояние двигателя типа ЭДР-23 при установке на нем
Параметры машины в рабочем режиме Параметры
Ток якоря, А Напряже- ние, в Частота враще- ния, об/мин Зазор под глав- ными по- люсами, мм Количе- ство Суммарная площадь сечения, см2
190 125 960 2 4 38,4
205 125 850 2 2 19,2
200 125 890 1,5 4 38,4
195 125 895 1,5 4 38,4
44
ментальных проверок этих условий проводилась на тяговом двигателе
типа ЭДР-23, оборудованном щетками марки ЭГ14 размерами
16 х 60 х 60 мм. Двигатель представляет собой закрытую машину взры-
вобезопасного исполнения номинальной мощностью 23 кВт (125 В,
900 об/мин). В одном случае на машину устанавливалось две пары ще-
ток, а в другом — одна. Тепловое состояние двигателя, наблюдавшееся
при проведении экспериментов, характеризуется данными табл. 5.
При выполнении описываемого эксперимента температура двигателя
определялась при его работе в часовом режиме; температура окружаю-
щей среды составляла 18—20 °C. Полученные цифры свидетельствуют,
что двухкратное повышение плотности тока при соответствующем
снижении суммарной площади сечения щеток не изменило превышения
температуры перегрева коллектора.
Еще одна экспериментальная проверка рассматриваемого положения
проводилась на генераторе постоянного тока мощностью 12 кВт (28,5 В,
4000—9000 об/мин). На генераторе были установлены 24 щетки марки
МГС7, при которых плотность тока в контакте составляла J =
= 26,6 А/см2. После длительной работы генератора и оценки теплового
состояния щеток их число было уменьшено до 16, вследствие чего плот-
ность тодса в контакте повысилась до 39,8 А/см2. Результаты описывае-
мого эксперимента, произведенного при двух значениях окружной ско-
рости на поверхности скольжения коллектора, даны в табл. 6.
Представленные цифры свидетельствуют, что 50%-ное повышение
плотности тока в контакте при соответствующем уменьшении площади
контактной поверхности щеток изменения превышения температуры
не вызывало.
Практика эксплуатации мощных электрических машин с уменьшен-
ным по сравнению с проектным количеством установленных на них ще-
ток освещена и в зарубежной литературе. В табл. 7 приведены данные
подобной эксплуатации по [24].
По сведениям, содержащимся в [24], каких-либо ухудшений в работе
машин при уменьшении количества установленных на них щеток не
разного количества щеток марки ЭГ14
щеток о Превышение температуры, С
Давление на щет- ки, кПа Плот- ность то- ка, А/см2 якоря глав- ных по- люсов дополни- тельных полюсов коллек- тора
29-32 9,9 ИЗ 86 ПО 87
29-32 21,4 105 82 111 82
18-20 10,4 114 98 109 99
18-20 10,1 ПО 90 106 95
45
Таблица 6 Тепловое состояние щеток марки МГС7 при уменьшении их
количества на генераторе мощностью 12 кВт
Окружная скорость коллектора
Параметр 26 м/с 57 м/с
24 щетки 16 щеток 24 щетки 16 щеток
Суммарная площадь сече- ния щеток, см2 30,3 20,2 30,3 20,2
Плотность тока в кон- такте, А/см2 Превышение температуры щеток, С: 26,6 39,8 26,6 39,8
положительной поляр- ности 126 119 141 126
отрицательной поляр- ности 120 115 136 Ц8
Искрение 1” 1” Г’ Г’
наблюдалось. В отдельных случаях улучшалось состояние покрытия
(политуры) коллекторов и уменьшалась скорость их изнашивания.
При рассмотрении различных аспектов проблемы повышения плот-
ности тока в скользящем контакте электрических машин иногда вы-
сказывалось опасение, связанное с известным явлением неравномерного
распределения тока между параллельно включенными щетками. Осно-
ванием для этого являлось предположение о том, что отдельные щетки
машин, спроектированные с соблюдением условия J = J г, в действи-
тельности могут работать при / >/г, и если спроектировать машину так,
чтобы J = /э, то при дальнейшем перераспределении тока между щетка-
ми некоторые из них могут оказаться чрезмерно перегруженными.
Беспочвенность такого опасения иллюстрируется специальными экспе-
Таблица 7. Данные по эксплуатации электрических машин с уменьшенным
Параметры электрической машины
Вид машины Мощность, кВт Напряжение, В Частота враще- ния, об/мин
Двигатель 1500 260
Двигатель 4200 240/310 167
Двигатель 3000 630 360
Г енератор 400 375 900
Генератор 16/27 22/33 1200
Возбудитель 43 125 3600
46
риментами, в процессе проведения которых изучалась связь между сте-
пенью нагруженности током параллельно включенных щеток и распре-
делением тока между ними. В качестве критерия, количественно оцени-
вающего равномерность токораспределения между параллельно вклю-
ченными щетками, принята величина
Чр = (Штах ~ Г)1[1(п - 1)],
где п — количество параллельно включенных щеток, шт.; I — полный
ток, проходящий через все параллельно включенные щетки, А; 1тах —
ток, проходящий через максимально нагруженную щетку, А. Если весь
ток равномерно распределен между всеми параллельно соединенными
щетками, то1тах =1/п и
т? = I П~ - 7)/[/(и - 1)] = 0.
р \ п /
Если весь ток идет только через одну щетку, т.е. I =1тах> то
Пр = 1(п - !)/[/(« - 1)] = 1.
Следовательно, значения критерия неравномерности распределения
тока могут изменяться в пределах от 0 до 1, причем первому из этих
значений соответствует идеально равномерное распределение тока, а
второму — предельно возможное наихудшее распределение, когда весь
ток идет только через одну щетку.
Использовав описанный критерий ц , произведем оценку эксперимен-
та на возбудителе типа ВТ-115-230 турбогенератора мощностью 25 мВт,
эксплуатируемого на одной из ГРЭС. Возбудитель оборудован 12 пара-
ми щеток марки ЭГ74, ток через каждую из которых регистрировался
с помощью 12 позиционного амперметра. Нагрузка на возбудитель сту-
количеством щеток
Характер нагрузки Начальные условия Измененные условия
Количество установлен- ных щеток Плот- ность то- А 1 2 ка, А/см Количество установлен- ных щеток Плот- ность ТО"2 ка, А/см
Переменная 132 11,2 84 16
*9 540 10,5 432 13,3
220 7,2 140 8,8
»» 28 9,7 24 п,з
Постоянная 20 5,6 11 11,2
16 13,7 12 18,4
47
пенями возрастала так, что средняя плотность тока в контакте последо-
вательно изменялась от 1,7 до 14,5 А/см2.
Значения критерия т?р при этом изменялись следующим образом:
Средняя плотность то-
ка в контакте, А/см2 1,7 2 2,2 4,1 8,2 10,7 11,4 13,1 14,5
Критерий т?р.......... 0,98 0,74 0,71 0,25 0,09 0,09 0,02 0,02 0,03
Описанная закономерность повышения равномерности распределе-
ния тока между параллельно включенными щетками по мере возраста-
ния плотности тока в них доказана также и в других экспериментах.
Они проводились на опытной установке, оборудованной 56 щетками
марки ЭГ14, и повторялись многократно. Полученный обширный экспе-
риментальный материал обрабатывался методами математической ста-
тистики. Оценка однородности протекания процесса при использовании
названных методов производится, как известно, с помощью коэффи-
циента вариации К, возрастание численного значения которого свидетель-
ствует о снижении однородности. Результаты изучения рассматриваемого
процесса приведены ниже:
Средняя плотность тока в контакте, А/см2 .... Значения К, %: 4 6 8 10 12 14 16
для катодно-поляри- зованной щетки .... 100 80 73 64 55 48 40
для анодно-поляризо- ванной щетки 65 52 44 38 32 28 25
Изложенная информация о выборе режима работы скользящего кон-
такта электрических машин свидетельствует о принципиальной возмож-
ности и целесообразности повышения в нем плотности тока по сравне-
нию с рекомендациями нормативно-технических документов на щетки.
В практике электромашиностроения эта возможность в некоторых слу-
чаях уже реализуется. Наиболее интенсивно это осуществляется в маши-
нах специализированного назначения. Но и в машинах общепромыш-
ленного назначения тенденция к повышению плотности тока в контакте
также реализуется, причем ее не следует распространять на щетки ма-
рок Г22, Г26 и ГЗО.
Гпава пятая
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЩЕТОК
И ИХ КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
Использовав изложенные в гл. 3 принципы выбора марки щеток для
электрической машины, можно приступить к выполнению последующих
этапов их расчета. Применяемая при этом терминология заимствована
из ГОСТ 21888—82, который находится в соответствии с международ-
ными терминологическими рекомендациями PC 2285-69 СЭВ, и публи-
кациями МЭК 50-1973 и МЭК 276-1968. Общее представление об опре-
деляемых перечисленными документами различных частях щеток дает
рис. 8. Из изображенных на нем частей первоочередному определению
подлежат тангенциальный, аксиальный и радиальный размеры щеток.
Первый из них до настоящего времени подвергался наиболее полному
изучению. Начало его относится ко времени, когда закладывались осно-
вы классической теории коммутации, в качестве одного из допущений
которой было принято равенство = tK. В последующем роль разме-
ра гщ в протекании коммутационного процесса рассматривалась, как
это показано в гл. 1, многими исследователями. Особо оживленная дис-
куссия по этому поводу возникла в 1912 г. в связи с опубликованием
К. Пихельмайером формул (2) и (3), в которых определяемое значе-
ние ег оказывалось не зависящим от Гщ. Существо дискуссионного воп-
роса было детально изучено К.И. Шенфером, определившим условия
применимости формулы (3). Касаясь практической стороны вопроса о
выборе размера щеток гщ, К.И. Шенфер в своей книге, опубликованной
в 1937 г., предлагал пользоваться следующей рекомендацией: ’’Танген-
циальный размер щеток для машин средней мощности колеблется в
пределах 10—25 мм и составляет в среднем величину, равную 2—3 кол-
лекторным делениям. Остальные размеры щеток должны быть по воз-
можности малы для того, чтобы масса щетки была невелика. Аксиаль-
ный размер щетки в машинах средней мощности колеблется в преде-
лах 10—30 мм”.
Еще одно направление в изучении влияния размера /щ на протекание
коммутационного процесса развивалось в трудах Р. Рихтера и М. Цорна.
В предложенной ими формуле (4) обращают на себя внимание находя-
щийся в знаменателе член и сомножители 4К и 0г- (идеальное щеточ-
ное перекрытие). Положение члена гщ свидетельствует о том, что с
возрастанием его численного значения величина ег, а вместе с ней и
коммутационная напряженность машины должны снижаться. Однако
полная реализация подобной взаимосвязи оказывается невозможной
из-за особенностей поведения сомножителя 4К и положения в формуле
(4) сомножителя fy. Аналитически можно показать, что уменьшение
значений ег удается достичь в случае, когда значение 4К возрастает мед-
леннее, чем значение fy. Воспользовавшись указанным обстоятельством
49
4-6886
Рис, 8. Щетки электрической машины и ее элементы для коллектора (а) и
контактного кольца (б):
1 — поверхность щетки электрической машины (ЩЭМ) контактная; 2 по-
верхность ЩЭМ верхняя; 3 — верх ЩЭМ; 4 — ось ЩЭМ; 5 — край ЩЕМ набегаю-
щий; 6 - край ЩЕМ сбегающий; 7 - грань ЩЕМ лицевая передняя; 8 — грань ЩЭМ
лицевая задняя; 9 - грань ЩЭМ внутренняя; 10 - грань ЩЭМ наружная; 11 - то-
копровод ЩЭМ; 12 накладка ЩЭМ; 13 - наконечник; Гщ - тангенциальный раз-
мер ЩЭМ; Ящ- аксиальный размер ЩЭМ; гщ - радиальный размер ЩЭМ
и варьируя тангенциальным размером щеток, можно создать условия,
облегчающие протекание коммутационного процесса. Эксперимен-
тальным подтверждением изложенного являются результаты анализа
безыскровых областей, снятых на ряде типов электрических машин при
последовательном увеличении у них щеточного перекрытия. Изменение
перекрытия осуществлялось путем установки на бракете щеток с раз-
50
Таблица 8 Изменение значений индекса коммутации N в зависиг .эсти
от значения раздвижки щеток
Параметры машин Параметры щеток Раз- движ- ка, мм Индекс комму- тации
Тип Мощ- ность, кВт Напря- жение, В Часто- та вра- щения, об/мин Марка Разме- ры, мм
ПН-1000 85 115 970 ЭГ4 25 Х32 Х40 0 1
5 3
10 2,6
GTKUL-135- 346 1370 400 325 EG12 2(12,5 X 25 X Х60) 0 1
4 2,4
6 2,8
GTKUL-135-346 1370 400 325 ЭГ14 2(12,5 Х25 X 0 1
Х60) 6 4
GTKUL-220-5010 2560 400 180 ЭГ14 2(12,5 X 25 х 0 1
Х60) 8 2,7
ВТ450-3000 450 320 3000 ЭГ74 2(15 Х30Х 0 1
х40) 8 1,4
Примечание. Серия машин GTKUL изготовлена на одной из фирм Велико-
британии.
движкой, т.е. по схеме, когда их набегающие и сбегающие края распола-
гались не вдоль прямой линии, а с некоторым отступлением от нее
(ступенчато). Подобная установка производится с помощью прокладок
разной толщины, помещаемых между стенками щеткодержателей и бра-
кетами, к которым они прикрепляются. Влияние подобной раздвижки
щеток на изменение значений индекса коммутации N можно оценить из
анализа табл. 8.
Возвращаясь к работам теоретического плана, укажем на высказы-
вание О.Г. Вегнера относительно соотношений между величинами и
tK в связи с условиями образования ступени малого тока. Названный
автор утверждал, что при /3=14-2, даже при условии образования сту-
пени малого тока достаточно полная разгрузка сбегающего края щетки
от тока оказывается невозможной. Лишь при /3 > 3 удается разгрузить
сбегающий край щеток и тем самым обеспечить возрастание его пере-
ходного сопротивления. Еще одна работа теоретического плана, в кото-
рой рассмотрено влияние размера на коммутацию машин постоян-
ного тока, выполнена А.М. Трушковым. Характеризуя используемые
способы определения этого размера как неопределенные, названный
автор указывает на необходимость изучения влияния на коммутацион-
51
ный процесс щеточного перекрытия с последующим созданием методи-
ки расчета оптимальных размеров щетки. Работая в указанном направ-
лении, А.М. Трушков получает ряд результатов, главными из которых
являются следующие: основные закономерности коммутационного
процесса и характер влияния на него некоторых факторов, отмеченных
при /3 = 1, сохраняются и при увеличении размера гщ; увеличение разме-
ра вызывает уменьшение ег. Темп этого снижения оказывается
наибольшим при переходе от/3 = 1к/3 = 2.
Каких-либо конкретных предложений по созданию методики расчета
оптимальных размеров щеток А.М. Трушковым сформулировано не
было, и в последних публикациях по проектированию серий электри-
ческих машин при решении рассматриваемой задачи применительно к
тангенциальному и аксиальному размерам щетки рекомендуется учиты-
вать, что уменьшение гщ вызывает удлинение коллектора, а возможное
увеличение этого размера ограничивается допустимым расширением
зоны коммутации машины. Последнее может повлечь за собой отрица-
тельное воздействие поля главных полюсов на коммутируемые секции
обмотки. Мерой отмеченного воздействия служит отношение
^з, к ~ ^з, к/(т — ^п,д)>
где £3> к‘ — ширина зоны коммутации; т — полюсное деление; Z?n, д —
ширина полюсной дуги.
Разность т - />п, д в знаменателе представляет собой ширину нейт-
ральной зоны главных полюсов, а вычисляемые с помощью этой форму-
лы значения Х3 к определяют тангенциальные и аксиальные размеры
щеток для машин различных размеров так, как это показано в табл. 9.
Кроме того, следует учитывать то, что размер щетки Г1Ц должен обес-
печивать перекрытие определенного числа коллекторных делений. Дня
удовлетворения этого требования расчетное значение г'щ может быть
Таблица 9. Согласование диаметров якорей электрических машин с тангенциаль-
Внешний диаметр сердечника якоря, мм 70-100 100-200
Максимально допустимое значение Х3< к 0,75 0,75
Стандартный тангенциальг ный размер щетки Гщ, мм 8 10 10 12,5 16 25
Стандартный аксиальный размер щетки а щ, мм 10; 12,5 12,5; 16 12,5; 16 16; 20 25; 32 32
52
определено так:
fnj С K3i к (т — ^п,д)
Da
tк (+ ек
а щ
р
Здесь наряду с ранее данными обозначениями К3 к, т, />п, д,Ас>Дь Мп,
/к и Ящ также применены р — число пар главных полюсов; ек — укоро-
чение шага обмотки, вычисляемое как частное от деления числа коллек-
торных пластин на разность между числом пар главных полюсов и пер-
вым частичным шагом по элементарным шагам обмотки якоря. В фор-
муле всегда дается со знаком плюс.
Рассматриваемый здесь вопрос о влиянии тангенциального размера
щетки гщ и обусловленного им значения щеточного перекрытия /3 на
протекание коммутационного процесса продолжает привлекать к себе
внимание и в настоящее время. Относящаяся к этому публикация [25]
интересна тем, что в ней анализируется это влияние по отношению к дви-
гателям постоянного тока, питаемым тиристорным преобразователем.
В данных условиях из-за наличия переменной составляющей в кривых
питающих напряжений и токов работа двигателя существенно ослож-
няется. В результате происходит возрастание коммутационной напря-
женности машины, для снижения которой следует определить значение
потребовавшейся дополнительной нескомпенсированной ЭДС. Из-за
практических сложностей ее вычисления рекомендуется пользоваться
усредненным за период коммугации секции значением нескомпенсиро-
ванной ЭДС для основной гармоники, вычисляемой по формуле
/м И
= сгном------------>
Лгп Ином
где ег ном — значение реактивной ЭДС в режиме номинальной частоты
ними и аксиальными размерами щеток
Внешний диаметр сердечника якоря, мм 200-400 >400
Максимально допустимое значение К3, к 0,70 0,60
Стандартный тангенциаль- ный размер щетки Гщ, мм 20 25 25 32
Стандартный аксиальный размер щетки а щ, мм 25; 32 32 32 40
53
вращения иНом и перегрузки по току /сп;-------относительная пульса-
ре п
ция тока якорной цепи; Dn — коэффициент, учитывающий степень ком-
пенсации переменных составляющих ЭДС в коммутируемой секции и
являющийся для заданной частоты преобразователя функцией парамет-
ров магнитной цепи машины, ее обмоточных данных и частоты враще-
ния. Графики изменения этого коэффициента в зависимости от щеточ-
ного перекрытия при различных частотах вращения, заимствованные
из [25], показаны на рис. 9. Они свидетельствуют, что при определен-
ных частотах вращения п за счет увеличения щеточного перекрытия /3
с 2,75 до 3,75 происходит полуторакратное снижение значения Dn.
Соответственно уменьшается значение нескомпенсированной ЭДС и об-
легчаются условия коммутации. Изложенные выкладки применимы для
случая регулирования в сторону уменьшения частоты вращения двигате-
ля, питаемого от тиристорного преобразователя. Для случая, когда
«> 1500 об/мин, изложенный анализ становится излишним, так как из-
менение значений Дт происходит при практически установившейся
пульсации тока. Одновременно с [25] появилась публикация [26],
сообщавшая о результатах проведенного в ПНР изучения влияния раз-
мера гщ на динамические свойства машин постоянного тока. В ней
предлагался упрощенный метод определения влияния закорачиваемых
щеткой якорных секций на свойства машин и представлены характерис-
тики некоторых переходных процессов модельного двигателя, оборудо-
ванного щетками, тангенциальный размер которых в 1,2 и 3 раза больше
ширины коллекторной пластины.
Сообщая об исследованиях по оп-
ределению оптимального соотноше-
ния размеров Гщ и (3, следует отме-
тить, что, удовлетворив в процессе
проектирования машины все предла-
гаемые теорией требования к ним,
нельзя быть совершенно уверен-
ным в том, что условия протека-
ния коммутационного процесса в из-
готовленной машине окажутся наи-
более благоприятными. Это объяс-
няется тем, что в процессе изготов-
Р и с. 9. Зависимость коэффициента
Иц от значения щеточного перекрытия (3:
1 - 2,75; 2—3,25; 3-3,75
ления неизбежно возникновение всякого рода технологических погреш-
ностей, накопление которых приведет к тому, что действительно необхо-
димое значение /3 окажется несколько отличающимся от расчетного. Про-
исшедшее из-за этого ухудшение коммутации машины можно улучшить
корректировкой щеточного перекрытия путем установки щеток с раз-
движкой, как об этом сообщено несколько ранее. Там же приведено
экспериментальное подтверждение действенности описываемого спосо-
ба улучшения коммутации. В дополнение к нему уместно сослаться на
опыт наладки работы генераторов типа ПБК-215/40 (4930 кВт, 900 В,
550 об/мин), входящих в состав преобразовательных маховичных аг-
регатов обжимных станов металлургических предприятий. Эксплуата-
ция щеточно-коллекторных узлов этих генераторов производилась
при искрении, превышавшем 2 балла. Попытки заменить установленные
на них щетки марки ЭГ4 на щетки марки ЭГ2А, а затем и ЭГ14 к удов-
летворительным результатам не привели. Из-за отсутствия в данный
момент щеток с более высокими коммутирующими свойствами устра-
нение искрения было произведено за счет увеличения щеточного пере-
крытия путем установки щеток с раздвижкой таким образом, что ими
перекрывалось семь коллекторных пластин. После осуществления этого
мероприятия удовлетворительная коммутация генераторов происходи-
ла при использовании щеток любой из трех указанных выше марок.
Описываемое мероприятие было произведено на восьми генераторах
четырех металлургических заводов.
Производя определение тангенциального размера щетки, следует
не забывать о необходимости согласования его с требованиями
ГОСТ 12232.1—77. Названный стандарт регламентирует шкалу танген-
циальных, аксиальных и радиальных размеров щеток, возможные со-
четания перечисленных размеров и типы готовых изделий. Соответствую-
щая информация пс перечисленным показателям приведена в табл. 10
и на рис. 10. Уточнив по табл. 10 намеченный к применению размер
Гщ и подобрав к нему предусматриваемый стандартом размер а щ, сле-
дует проверить, какова будет плотность тока в электроугольном изде-
лии и как намечаемый к использованию размер а щ будет согласован
с общей длиной коллектора машины. Для выяснения первого из
перечисленных вопросов следует найти суммарную площадь контакт-
ной поверхности всех подлежащих установке на машине щеток:
~ At/J. (17)
Потребное для этой цели число пар щеток разной полярности
р = ^щ/^щ , (18)
а ток, приходящийся на одну пару щеток разной полярности, или, что
то же, на одну щетку одной полярности,
Лц=/М/Р- (19)
55
Таблица 10. Номинальные размеры щеток по ГОСТ 12232.1-77
Т ангенциаль- ный раз- мер Гщ, мм Аксиальный размер а Щ, ММ Площадь контакт- ной поверхности Щ X ММ2 Радиальный размер г щ, мм
0,4 0,8 0,32 1,2
0,6 1 0,6 0,8; 1,2
0,8 1,2 0,96 1,6; 2
1,4 1,12 2; 2,5; 5
1,6 1,28 5
1 1,2 1,2 1,6
1,6 1,6 2,5; 6,3; 8
1,2 1,6 1,92 2
1,6 2 3,2 2,5; 4; 5; 8; 10
2,5 4 8
2 2,5 5 6,3; 8; 10
3,2 6,4 6,3; 8; 10: 16
2,5 3,2 8 8; 10: 16
— 4 10 8; 10; 12,5
5 12,5 10; 12,5
3,2 2,5 8 10
— 4 12,8 6,3; 8; 10; 12,5
5 16 8; 10; 12,5; 16
6,3 20,16 12,5; 16
4 2,5 10 10
3,2 12,8 10
5 20 8; 10; 12,5: 16
6,3 25,2 12,5; 16
8 32 16; 20
10 40 16; 20
5 3,2 16 12,5
— 4 20 TZ5"
6,3 31,5 12,5; 16; 20; 25
8 40 12,5; 16; 20; 25
10 50 16; 20;25
12,5 62,5 20; 25; 32
16 80 20; 25; 32
20 100 25; 32; 40
25 125 32; 40; 50
32 160 32: 40; 50
6,3 3,2 20,16 П»5
Д 25,2 12,5'; 16
5 31,5 16
8 50,4 16; 20; 25
10 63 20; 25; 32
12,5 78,75 7(Г; 25; 32
16 100,8 25; 32
20 126 25;.32; 40; 50
25 157,5 32; 40; 50
32 201,6 ЗТ; 40; 50
56
Продолжение табл. 10
Тангенциаль- Аксиальный Площадь контакт- Радиальный
ный размер размер ной поверхности размер
Гщ, мм а щ, мм гщх мм2 Гщ, мм
8 4 32 16; 20
— 5 40 16; 20
6,3 50 20
10 80 20; 25; 32
12,5 100 16; 20; 25; 32; 50
16 128 25; 32; 40
20 160 25; 32; 40; 50
25 200 32; 40; 50
32 256 32; 40; 50; 64
10 5 50 16; 20
6,3 63 16; 20; 25
8 80 20; 25; 32
12,5 125 25; 32; 40
16 160 25; 32; 40 25; 32; 40; 50; 64
20 200
25 250 32; 40; 50; 64
32 320 32;_40; 50; 64
40 400 40;_50; 64
12,5 6,3 78,75 20; 25
— 8 100 25; 32
10 125 25; 32
16 200 25; 32; 40
20 250 32; 40; 50
25 312 32; 40; 50; 64
32 400 32; 40; 50; 64; 80
40 500 40;2Р; 64; 80
50 625 50;_64; 80
16 6,3 100,8 20; 25
— 8 128 25; 32
10 160 25; 32; 40
12,5 200 32; 40
20 320 32; 40; 50
25 400 32; 40; 50; 64
32 512 32;_40; 50; 64; 80
40 640 40;20; 64; 80
50 800 50; 64; 80
20 8 160 25; 32
— 10 200 25; J2; 40
12,5 250 32; 40; 50
16 320 32; 40; 50
25 500 32; 40; 50; 64
Л_ 640 32; 40; 50; 64; 80
40 800 40; 20; 64; 80
50 1000 50; 64; 80
25 8 200 32; 40; 50
— 10 250 32;40; 50
12,5 312,5 32; 40; 50
57
Продолжение табл. 10
Тангенциаль- Аксиальный Площадь контакт- Радиальный
ный раз- размер ной поверхности размер
мер Гщ, мм и щ, мм щ X Дщ, мм^ Гщ, мм
25 16 400 32; 40; 50; 64
20 500 32; 40; 50; 64
32 800 40; 50; 64; 80 40; 50; 64; 80; 100
40 1000
50 1250 50; 64; 80; 100
32 10 320 32; 40; 50; 64
12,5 400 _32; 40; 50; 64
16 512 32; 40; 50; 64; 80
20 640 32; 40; 50; 64; 80;
100
25 800 40; 50; 64; 80; 100;
125
40 1280 40; 50; 64; 80; 100; 125
50 1600 50; 64; 80; 100; 125
40 12,5 500 40; 50; 64
16 640 40; 50; 64; 80
20 800 40; 50; 64; 80; 100
25 1000 40; 50; 64; 100; 125
32 1280 40; 50; 64; 80; 100;
125
_50_ 2000 80; 100; 125
50 20 1000 40; 50; 64; 80; 100
25 1250 40; 50; 64;80; 100; 125
32 1600 50; 64; 80; 100; 125
40 2000 64; 80; 100; 125
Примечания. 1. У щеток, предназначенных для использования на контакт-
ных кольцах, допускается менять местами размеры ?щисщ. 2. Предпочтительные
размеры Гщ, Ящ, гщ, подчеркнуты. 3. Приведенные в таблице размеры гщ не учи-
тывают высоту армирующих накладок и цилиндрических или конических голо-
вок, находящихся на щетках некоторых типов.
Формулы (17)-(19) могут быть использованы, если выбрана пло-
щадь контактной поверхности одной щетки:
= ^щ^щ- (20)
Размеры Гщ и а щ намечаются предварительно, и на данном этапе
расчета необходимо определить, какое количество щеток с намеченными
к использованию размерами сечения необходимо будет установить на
58
<5)
Рис. 10. Типы щеток по ГОСТ 12232.1—77:
а — прямоугольные; б - со скошенными поверхностями
woo -
900 -i
800
700
600 -Z
500
WO -
300 4
200
150
100
5q
6-
7-
8-
9-
10-
11 -
12 -
15 -
18 -
20 ’
25 ~
J,A/cmz
-- 200
- 100
5-~
z- 50
10- ? w
-- 30
20- - 20
30-~
W - W
50-z
100-
e: Ю00
- 500
- - WO
- 300
200--
300-
500^_
1000^
Рис. 11. Номограмма для расчета размеров и числа щеток электрической машины
с заданной токовой нагрузкой
машину заданной мощности. Для облегчения решения последней задачи
на рис. 11 приведена номограмма, позволяющая анализировать возмож-
ные варианты конструктивного оформления узла токосъема. Действие
по выражению (17) осуществляется с помощью трех левых шкал номо-
граммы. Они позволяют по заданному току машины/м и намечаемому
значению плотности тока J определить необходимую суммарную пло-
щадь контактной поверхности щеток одной полярности. Действие по
формуле (18) решают с помощью второй, пятой и шестой шкал (от-
счет ведут слева). Оно позволяет определить подлежащее установке на
машине число пар щеток. Для указанной цели следует соединить мас-
штабной линейкой соответствующие точки на шкалах и Fm.
Отсчет получившегося числа пар щеток производится по правой шкале
линии р. Следующее действие по (19) и первой, четвертой и пятой шка-
лам позволяет определить ток, приходящийся на каждую отдельную
щетку. Для получения последнего найденное в результате предыдущего
действия значение р, отсчитанное на правой шкале, переносят на левую
шкалу этой же линии. Затем, соединив масштабной линейкой известные
точки на шкалах 7ми р, на шкале /1Ц находят конечный результат.
Для того чтобы расширить область возможного использования номо-
граммы, цена деления шкалы /м может быть увеличена или уменьшена
в 10, 100,. . ., т раз. При этом во столько же раз изменится цена делений
шкал и р. В процессе выполнения описываемых выкладок было
определено значение Fux. Переход от него к линейным размерам гщ и
60
Дщ производится с помощью сведений, содержащихся в табл. 10. На
шкале Fm номограммы рис. 11 нанесено большинство размеров, фигу-
рирующих в этой таблице.
Пример определения размеров и числа щеток
для машины, на которой намечено использовать изделия марки ЭГ14
(J =12 А/см2) при токовой нагрузке /м= 7200 А. Так как последнее
значение превышает максимальное значение шкалы то для расчетов
в настоящем примере все приведенные на ней значения умножим на 10.
Аналогичное умножение следует произвести при пользовании шкалами
и р. Соединив далее линейкой точку 7200 А шкалы /м с точкой 12
шкалы J, на шкале отсчитываем точку 600 см2. Наметив се-
чение конструируемой щетки, равное 500 мм2, и соединив соответствую-
щую точку линейкой с ранее найденной точкой 600 см2 на правой части
шкалы р, находим, что на машину следует установить 120 пар щеток.
Перенеся найденную цифру на левую часть шкалы р и соединив ее ли-
нейкой с точкой ZM = 7200 А, находим, что линейка пересечет шкалу
/щ в отметке 60. Эта цифра указывает значение тока в одной щетке.
Обращаясь к табл. 10, обнаруживаем, что необходимое значение /у1щ =
= 500 мм2 стандарт допускает для щеток размерами 12,5 х 40; 16 х 32;
20 х 25 мм и др. Поскольку гщ было определено ранее, из последнего
ряда цифр окончательно принимаем значение аксиального размера со-
здаваемой щетки, при этом получаем также данные, необходимые для
расчета всех прочих ее элементов (токоведущие провода, наконечники
и др.). Полученный описанным образом аксиальный размер щетки дол-
жен быть согласован с длиной рабочей части коллектора, при этом
должны быть учтены схема расстановки щеток, расстояния между ними
и другие детали, рассматриваемые в литературе по проектированию
машин.
Если разработка методов определения размеров Гщ и а щ имеет мно-
голетнюю историю, то вопросы определения радиального размера ще-
ток гщ сколько-нибудь обстоятельному изучению ранее не подверга-
лись. В практике дело обычно ограничивается выбором размера гщ,
нормированного ГОСТ 12232.1—77 для определенных, указанных в
табл. 10, сочетаний размеров Гщ и дщ. Применение подобного приема
могло быть оправдано до предъявления к электрическим машинам
требований по обеспечению показателей надежности их работы. Совре-
менный этап развития электромашиностроения ставит задачу нормирова-
ния среднего срока службы и общего ресурса электрических машин,
ресурса работы без смены установленных на них щеток в течение 2000 ч
и нормирования некоторых других показателей, количественно оцени-
вающих надежность их эксплуатационных свойств [17]. Очевидно,
что указанные обстоятельства не могут не оказывать влияния на выбор
радиального размера щеток, и он должен не только соответствовать
стандарту, но и обеспечивать удовлетворение требований по надежно-
сти. Методы оценки этих показателей непрерывно совершенствовались
61
и несколько раз изменялись. В настоящее время создана и действует
система проверки их износоустойчивости, основные положения которой
сформулированы в руководящем документе РД. 16.188-84. Этот, вве-
денный в действие с 01.07.85 г. со сроком до 01.07.90 г. документ
предусматривает проверку износоустойчивости щеток на соответствую-
щих реальных электрических машинах в процессе проведения:
стендовых приемо-сдаточных испытаний щеток на предприятиях,
где они изготавливаются;
стендовых периодических испытаний щеток на тех же предприятиях;
стендовых периодических испытаний и испытаний на надежность
электрических машин со щетками, производимых на электромашино-
строительных предприятиях;
приемочных, сравнительных и аттестационных испытаний щеток на
электрических машинах, находящихся в эксплуатации на промышлен-
ных предприятиях различных отраслей народного хозяйства.
Критериями, количественно оценивающими результаты описываемых
испытаний, являются показатели_минимальной наработки щеток Tmin,
их гамма-процентной наработки Ту, средней наработки Гср. Последова-
тельность вычисления по РД 16.188—84, рабочие формулы, используемые
для вычисления перечисленных показателей, и необходимые к ним
разъяснения приведены ниже. Расчеты по этим формулам производят
после проведения перечисленных выше испытаний щеток на машинах,
в результате которых получают значения входящих в них величин
NT, Т и Дг/. На основе использования этих исходных величин и произ-
водится весь предусмотренный расчет:
А. Данные, получаемые в процессе проведения испытания щеток:
— износ щетки, мм; Т — продолжительность испытания, ч; NT —
количество наблюдаемых щеток за период Т, шт.
Б. Предварительные расчеты характеристик износа щеток:
_ 1 NT Г1 / Дг/ _ \2 '
— ------ Z Дг/; о — /------- X I--- Рщ I ;
NTT 1 V NT “ 1 \ Т I
О _ NT NTI^ _ \3
(NT - 1) (Дт - 2) О3 1 \ Т I
При К > 0,3 и р0 > р , где р , зависящее от NT , выбирается из ряда
К Р ГХ Р 1
NT. . .25 30 35 40 45 50 60 70 80 90
Р^- 0,711 0,661 0,621 0,587 0,558 0,533 0,492 0,459 0,432 0,409
кр
дополнительно вычисляются две вспомогательные величины
а =
1 Дг/
--- Zin —o' =
NT Т
62
В. Вычисление показателей надежности работы щеток. Формулы для
вычисления показателей надежности приведены в табл. 11.
При проектировании новой машины, при выборе для нее щеток,
радиальный размер которых должен обеспечить удовлетворение предъяв-
ляемых к ним требований по надежности, в распоряжении конструкто-
ра не имеется данных, позволяющих ему воспользоваться приведен-
ными формулами. В этом случае приходится ориентироваться на ис-
пользование предыдущего опыта эксплуатации щеток, подробно описан-
ного в [27]. Здесь обобщена накопившаяся в отечественной промыш-
ленности многолетняя практика использования щеток на электрических
машинах общепромышленного назначения. В качестве общего ’’знамена-
теля” при этом обобщении принята эксплуатационная напряженность
скользящего контакта электрических машин Pv . Она представляет со-
бой произведение основных факторов, определяющих изнашивание ра-
ботающих на машинах щеток: окружной скорости на рабочей поверх-
ности их коллектора гк и плотности тока в скользящем контакте J.
Удельное давление нажатия на щетки машин общепромышленного на-
значения является практически одинаковым, и поэтому его учитывать не
следует. Для вычисления значений Pv предложена формула
Pv = VjJ = 1000 — 60 2/* Р « Ю5 , (21)
где в дополнение к ранее введенным обозначениям приняты новые: Р —
мощность машины, кВт; U — напряжение машины, В; 7УЩ — общее
Таблица 11
Показатели К < 0,3 К > 0,3 и р0 > р
надежности ™ *кр
— А? щ Д^ щ
Tmin 7Г+ 2,3260'
Ущ + 2,3260 е
ДГщ щ
ТУ У щ + ^О "а + U^g' е 1
Тер Т Дг щ — NT 1 Z
V щ NT 1 Дгг
Примечание. Дгщ - ресурс щетки, мм; Uy — квантиль нормального
распределения для односторонней вероятности у, значения которого указаны ниже:
у, % 80 90 95 99,0 99,5 99,9
иу 0,842 1,282 1,645 2,326 2,576 3,09
63
количество установленных на ней щеток; DK — диаметр коллектора, м;
пя — частота вращения, об/мин.
Принятие Pv в качестве аргумента и увязка с ним значений средней
скорости изнашивания щеток "Гщ, полученных в процессе наблюдений
за их нормальной промышленной эксплуатацией, позволили применить
для их последующего математического изучения и обобщения методы
регрессионного анализа и аналитическую связь между ними представить
формулой
7Щ = А + BPV + СР\. (22)
Здесь постоянные Л, В и С, определяемые маркой щеток и режимом ра-
боты электрических машин, имеют значения, представленные в табл. 12.
Графическая интерпретация формулы (22), характеризующая выяв-
ленные закономерности изменения рассматриваемых величин, показана
на рис. 12. Из рисунка следует, что взаимное расположение значений
7Щ для различных марок при изменении Pv постоянным не остается и для
машин, характеризуемых разными значениями Pv , щетки различных ма-
рок, по степени возрастания относящихся к ним значений "Гщ распола-
гаются в определенной последовательности. Эта последовательность для
щеток разных марок при эксплуатации на электрических машинах,
характеризуемых различными значениями Pv, представлена в табл. 13.
Найденное описанным образом значение Тщ представляет собой сред-
нее, наиболее вероятное значение скорости изнашивания щеток, исполь-
зуемых на машинах, скользящий контакт которых характеризуется
различной эксплуатационной напряженностью. Поскольку Тщ является
статистической оценкой процесса изнашивания работающих щеток
(характеристикой расположения), то для полного описания этого
процесса необходимо еще знание характеристики рассеяния о. Последняя
оценивает степень рассеяния скорости изнашивания отдельных щеток
установленного на машине комплекта у1цг- по отношению к среднему
значению для всего комплекта гщ. В первом приближении для определе-
Таблица 12. Значения постоянных А, В и С для расчетов по (22)
Марка щетки Генератор Двигатель
А в ю2 сю4 А В 102 Сю4
ЭГ2А -0,55 2,13 0,16 1,89 -0,23 0,46
ЭГ4 0,51 0,48 0,04 — — —
ЭГ14 1,85 -0,54 0,78 1,81 -0,61 0,84
ЭГ51 1,98 -1,06 0,76 — — —
ЭГ71 2,51 -2,80 1,28 2,62 -1,89 0,7
ЭГ74 2,59 0,16 0,3 2,15 -0,39 0,38
6ИМ 2,31 0,04 2,4 2,37 0,4 0,13
64
Рис. 12. Изменение скорости изнашивания щеток ряда марок в зависимости
от эксплуатационной напряженности скользящих контактов генераторов (я) и
двигателей (6), на которых используются щетки
ния о возможно использование формулы о = 0,01 Кущ. Коэффициент К
для щеток машин, эксплуатируемых в генераторном или двигательном
режиме, выбирается из табл. 14.
Полученные описанным образом значения "Гщ и о используются для
выбора щеток, радиальный размер которых обеспечит удовлетворитель-
Таблица 13.
м Интервалы изменения Pv, с А см2
50-100 100-150 150-200 200-250 250-300 300-35 0
Генератор
ЭГ4, ЭГ71 ЭГ4, ЭГ71 ЭГ4, ЭГ71 Э74 ЭГ4 611М
ЭГ2А ЭГ51 6ИМ 611М 611М ЭГ4
ЭГ51 611М ЭГ51 ЭГ71 ЭГ71, ЭГ51 ЭГ74
ЭГ14 ЭГ2А ЭГ14 ЭГ51 ЭГ74 ЭГ51, ЭГ71
611М ЭГ14 ЭГ2А ЭГ14, ЭГ74 ЭГ14 ЭГ2А
ЭГ74 ЭГ74 ЭГ74 ЭГ2А ЭГ2А ЭГ14
Двигатель
ЭГ71 ЭГ71 ЭГ71 ЭГ71 6ИМ 611М
ЭГ14 611М 611М 6ИМ ЭГ71 ЭГ71
611М ЭГ74 ЭГ74 ЭГ74 ЭГ74 ЭГ74
ЭГ2А ЭГ2А ЭГ2А ЭГ2А ЭГ2А ЭГ2А
ЭГ74 ЭГ14 ЭГ14 ЭГ14 ЭГ14 ЭГ14
5-6886
Таблица 14. Значение коэффициента К
Электрическая К для марок щеток
машина ЭГ2А ЭГ4 ЭГ14 ЭГ51 ЭГ71 ЭГ74 611М
Генератор Двигатель 60 65 90 70 75 85 70 70 - 90 70 75 85
ную работу щеточного комплекта без смены отдельных входящих в
комплект щеток в течение заданных 2000 ч. Для решения сформулиро-
ванной таким образом задачи вычислим вероятность того факта, что в
пределах заданной продолжительности работы щетки до предельного
состояния не износятся. Проблема сводится к определению вероятности
безотказной работы (ВБР) щеток по формуле
Р(,у . F, , (23)
\ О I
где P(t) — вероятность безотказной работы; Fo — функция, вычислен-
ные значения которой нормированы ГОСТ 19460—74 и воспроизведены
в табл. 15; Дгщ — ресурс щетки, мм; t — продолжительность, для ко-
торой вычисляется ВБР; Тщ — скорость изнашивания щетки, мм/ч;
о — характеристика рассеяния скорости изнашивания, мм/ч (следует
обратить внимание на размерность величин гщ и о. В отличие от ранее
изложенного текста, где этой размерностью были мм/1000 ч, в последней
формуле следует применять мм/ч.)
Вычисляемая с помощью формулы (23) ВБР должна приближаться
к единице. При выполнении практических расчетов обычно довольст-
вуются значением 0,993. Тогда на основании цифр табл. 15 стоящая в
скобках величина должна удовлетворять условию
(Дгщ/Г - 7щ)/а >'2,44, (24)
откуда окончательно получаем
Дгщ > (2,44о + 7щ)г.
Затем задача состоит в том, чтобы выбрать радиальный размер щет-
ки г щ, обеспечивающий требуемый ресурс Дгщ. Обе названные величи-
ны связаны между собой соотношением
гщ = Дгщ + (q + Д),
где q — глубина сверления отверстия в щетке предназначенного для за-
делки токопровода, мм (ГОСТ 12232.1—77); Д - толщина слоя мате-
риала, предохраняющего конец токопровода отработавшей свой ресурс
щетки от контакта с поверхностью коллектора (кольца), мм.
66
Таблица 15. Значения функции Fq (х)
X 0 2 4 6 8
0,0 0,500 0,508 0,516 0,524 0,532
0,1 540 548 556 564 571
0,2 579 587 595 603 610
0,3 618 626 633 641 648
0,4 655 663 670 677 684
0,5 0,692 0,698 0,705 0,712 0,719
0,6 726 732 739 745 752
0,7 758 764 770 776 782
0,8 788 794 800 805 811
0,9 816 821 826 832 836
1 0,841 0,846 0,851 0,855 0,860
1,1 864 869 873 877 881
1,2 885 889 892 896 900
1,3 903 907 910 913 916
1,4 919 922 925 928 931
1,5 0,933 0,936 0,938 0,941 0,943
1,6 945 947 950 952 954
1,7 955 957 959 961 962
1,8 964 966 967 969 970
1,9 971 973 974 975 976
2,0 0,977 0,978 0,979 0,980 0,981
2,1 982 983 984 985 985
2,2 986 987 987 988 989
2,3 989 990 990 991 991
2,4 992 992 993 993 993
П римечание. Таблица воспроизведена по ГОСТ 19460- 74.
Толщина Д принимается равной 2 мм Что касается значения q, то оно
определяется размерами иащ, количеством монтируемых на щетке
токопроводов и должно выбираться по табл. 16.
С учетом изложенного в табл. 17 приведена информация, позволяю-
щая определять размеры гщ,ащи гщщеток, обеспечивающих получение
требуемого ресурса Дгщ, а также коэффициенты эффективности ис-
пользования щеточного материала rj, %:
7] = ------ 100.
Гщ
Выбирая щетку, всегда следует отдавать предпочтение тому сочета-
нию размеров, при котором q будет максимальным.
В табл. 17 содержится информация, относящаяся к щеткам типов
Kl-1, Kl-2, Kl-3, Kl-7, К1-8 и К2-3. Щетки перечисленных типов пред-
назначены для электрических машин общепромышленного назначения,
для которых и приведено описание метода расчета радиального размера
67
Таблица 16. Глубина сверления отверстий в щетке, предназначенных для
Размер Один токопровод
Гщ, мм-------------------------------------------
Размер Дщ, мм
8 10 12.5 16 20 25 32 40
5 7 8 9 10 11 12 13
6,3 8 9 10 11 12 13 14 —
8 — 10 11 12 13 14 15 —
10 — — 12 13 14 15 16 17
12,5 — — — 14 15 16 17 18
16 — — — — 16 17 18 18
20 — — — — — 18 18 18
25 — — — — — — —
32 — — — — — — — —
40 — — — — — — — —
Таблица 17. Ресурс щеток Дг щ, мм, и коэффициент эффективности 7?, %, для
TTI гщ а IT1 гщ 7? Д^ пт ?Щ Лщ гщ 7?
Щетки типа К1-1 Щетки типа К1-2
8 6,3 12,5 20 40 9 10 20 25 36
8 10 40 10 8 50
9 6,3 45 11 6 44
10 8 50 8 16 44
8 25 40 12 6,3 48
11 10 12,5 44 8 12,5 48
12 6,3 16 48 13 10 52
13 8 10 .52 16 32 32 41
14 6,2 56
14 12,5 44 '
16 12,5 16 32 50
16 20 44
17 10 53
15 10 1 25 47
18 8 56
10 12,5 56 12,5 20 47
19 8 59 16 8 25 50
20 8 10 63 10 20 50
53
21 16 25 40 52 1/ б
" 10 16 53
22 12,5 55
18 6,3 20 56
16 20 55
23 10 25 58 8 16 56
10 12,5 56
24 10 20 60
68
заделки токопровода, q, мм
Два токопроводай Четыре токопровода
Размер а Щ, мм
10 12,5 16 20 25 32 40 50 32 40 50
7 8 —
— 7 8 9 10 11 — — — —
7 8 9 10 11 12 — — — — —
— 9 10 11 12 13 14 — — — —
— — 11 12 13 14 15 16 — — 13
— — — 13 14 15 16 18 — 13 14
— — — — 15 16 17 18 13 14 15
— — — — — 17 18 19 14 15 17
— - - — — — 19 20 — 17 —
— — — — — — — 21 — — —
различных сочетаний гщ, мм,сщ, мм, игщ, мм
TTI гщ а TTI гщ 7? щ гщ гщ
Щетки типа К1-2 Щетки типа К1-3
19 8 25 32 59 12 10 20 25 48
20 6,3 12,5 62 12,5 16 ~~
16 32 40 50 13 8 20 52
40 50 10 16 52
21 12,5 32 51 14 6,3 20 56
16 25 51 15 16 60
22 12,5 55 16 32 32 47
23 10 58 20 47
12,5 20 58 60 16 12,5 50
24 10 16 25 50
30 16 12,5 40 50 60 62 64 17 18 10 32 53
_1! 32 25
12,5 25 53
10 56
16 20 64 68 12,5 20 56
34 10 19 10 58
44 20 32 64 69 12,5 16 59
40 69 20 10 62
21 6,3 20 65
69
Табл. 1.7 (продолжение)
ДГщ гщ а щ гщ V А? щ а П! гщ 7?
23 16 32 40 55 36 8 10 32 25 50 72 72
20 25 55
24 12,5 32 55
60 44 16 50 64 68
16 25 60 45 20 40 70
25 10 32 62 62 62 65 65 65 46 16 72
12,5 25 20 32 72
16 20 47 • 12,5 40 74 75 77
26 10 25 48 32
12,5 20 49 10
27 10 Щетки типаК1-7
30 16 50 50 60
31 20 40 62
32 16 64 23 16 32 40 57
20 32 64 25 12,5 25 62
33 12,5 40 66 32 62
16 32 66 30 16 50 50 60
20 25 66 20 60
34 12,5 32 68 25 40 60
10 40 68
31 20 62
16 25 68
25 32 62
35 12,5 70
32 16 40 64
10 32 70
20 32 64
16 20 70
34 12,5
Г 62
электроугольных изделий. Расчет ресурса щеток других типов, из числа
изображенных на рис. 10 производится по иному принципу. В данном
случае часть размера гщ, отводимая для заделки токопровода, не долж-
на превышать 50% для изделий с гщ < 16 мм и 40% для изделий с
гщ > 16 мм. Следовательно, щетки с гщ > 16 мм имеют ресурс Дгщ =
= 0,6Гщ,асгщ< 16 мм Дг щ = 0,5 г щ. Щетки этих типов используются
на машинах специального назначения, и вопрос о нормировании показа-
телей надежности их работы отражен в нормативно-технических доку-
ментах, по которым производится их поставка. Так, например, в
ТУ 16—88, ИЛЕА.685.267.001У, распространяющемся на щетки авто-
тракторного электрооборудования, указано, что ’’гамма-процентный
ресурс щеток должен соответствовать гамма-процентному ресурсу
электрических машин, для которых согласовано их применение”. При
70
ш 1 ш а щ гш V гщ а щ гщ V
Щетки типа К1-7 И 17 (етки тип 10 а К2-3 32 32 53
43 25 50 64 67 18 8 56
44 20 69 19 10 20 59
45 46 40 70 23 20 25 40 57
24 12,5 32 60
25 32 70
16 40 72 33 16 50 66
Щетки типа К1-8 32 53 ' 47 16 40 64 73
17 20 32 Щетки опытной конструкции для установки в щеткодержателе типа РТП
23 25 40 40 57
24 32 60
64 20 32 80 80
40 57
25 80
25 20 32 62
31 32 40 50 62
33 25 66
34 16 50 64
20 40 68
25 32 68
35 20 70
45 25 50 64 70
32 40 70
47 20 50 73
25 40 73
48 20 75
25 32 75
49 20 77
наличии подобных указаний в документах проведение каких-либо
дополнительных расчетов по определению показателей надежности ра-
боты щеток становится излишним. Но подобные указания возможны
только для щеток машин специального назначения с оговоренными
эксплуатационными режимами. Что касается щеток общепромышлен-
ного электрооборудования, то здесь появление подобных указаний в
настоящее время является невозможным, и обеспечение щетками с
требуемыми показателями надежности требует проведения расчетов,
рассмотренных выше. В заключение следует отметить, что выбор ра-
диального размера щетки в соответствии с изложенными рекоменда-
циями является минимально необходимым для обеспечения заданных
показателей надежности ее работы. Однако, учитывая конструктивные
особенности и размеры элекхрической машины, для которой выбирают-
ся щетки, всегда следует стремиться к использованию максимально
71
Рис. 13. Изменение относительных
оценок эффективности использования
щеток в зависимости от их радиальных
размеров
возможных значений гщ и Дгщ. При
осуществлении последней рекомен-
дации происходит возрастание пока-
зателей надежности работы электро-
угольных изделий и, что не менее
важно, повышается коэффициент
использования щеточного мате-
риала, а также металла для арми-
ровки изделий и снижаются затраты на их изготовление. Справедли-
вость последнего заключения подтверждается рис. 13. Здесь показана
зависимость ресурса Дгщ и объема щеточных материалов JT, затрачи-
ваемых на их изготовление, от тщ. Из рассмотрения рис. 13 следует,
что темпы роста линии Дгщ являются более значительными, чем темпы
роста линии РР Так, например, переход от использования щеток разме-
ром 40 мм к щеткам размером 64 и 80 мм приводит к росту расхода
щеточного материала соответственно на 60 и 100%, но ресурс щеток при
этом, а следовательно, и срок их службы возрастают соответственно
на 108 и 182% (указанные соотношения справедливы для щеток типов
К1-8иК2-3).
После выбора всех размеров щетки необходимо рассмотреть вопрос
об ее конфигурации. Возможные формы этих изделий в сочетании с
располагающимися на них токопроводами определены ГОСТ 12232.1—77
как тип щетки. Обозначение типа составляется из буквы К и двух рас-
полагающихся рядом с ней чисел, разделенных черточкой. Буквой
с примыкающим к ней числом закодирована конфигурация щетки,
в следующем после черточки числе — место заделки токопровода.
Типы изготавливаемых предприятиями отечественного электроуголь-
ного производства щеток показаны на рис. 10. Из него следует, что
к применению допущено 17 различных по своей геометрической форме
щеток, на которых токопроводы занимают семь различных положений.
Различия в геометрической форме щеток достигаются за счет изменения
соотношений размеров Гщ, ящи гщ, за счет изменения расположения их
контактных и верхних плоскостей относительно оси и за счет устройства
на верхней плоскости пазов под пружины или рычаги щеткодержателей.
Каждый тип щетки имеет свою обобщенную характеристику и в соот-
ветствии с ГОСТ 12232.1—77 предназначен для применения в щеткодер-
жателях различных конструкций, указанных в табл. 18.
72
Таблица 18. Применение щеток в щеткодержателях различных конструкций
Тип щетки Обобщенная характери- _ _ Область применения стика щеткодержателя
К1.К1-1, Kl-2, КПЗ, Kl-4, Kl-5, Kl-7, К1-8 Прямоугольные Для радиальных щеткодер- жателей с пружинами различ- ного исполнения
К4-2, К6-3, К6-8 Прямоугольные с верх- ним скосом
К8, К8-2, К8-3, К8-4, К8-5, К8-8, К12-3, К13-2 К14, К14-1, К14-5 Прямоугольные с пазом Для радиальных щеткодержа- на верхней поверхности телей с ленточной пружиной Прямоугольные с голов- Для радиальных щеткодер- кой на верхней поверх- жателей со спиральной про- ности водочной пружиной
К2-3, КЗ-2, КЗ-З, КЗ-8, К10-4, К11-3, КП-4, К16-2, К17-3,К18-2, Со скошенными кон- Для реактивных щеткодержа- тактной и верхней телей поверхностями
К19-2, К20-8 КП-8, К21-3 Сложной конфигурации Для щеткодержателей авто- тракторного электрообо- рудования
В ГОСТ 12232.1—77 имеется указание на то, что щетки некоторых
типов разрешается изготовлять не любых из указанных в табл. 10 разме-
ров, а только некоторых из них. Привязка определенных размеров к
конкретному типу произведена на основе обобщения многолетнего
опыта конструирования, производства и эксплуатации. Обобщение это-
го опыта указало также на целесообразность взаимной увязки между
собой не только различных элементов щеток и их арматуры, но и учет
материала, из которого производится их изготовление. Учитывая это,
предприятия-изготовители СССР с начала 70-х годов начали внедрять в
народное хозяйство систему унифицированных чертежей на щетки,
которые приводятся в изданных Информэлектро каталогах 24.01.02—81
(щетки автотракторных электрических машин), 24.00.09—81 (щетки
коллекторных машин переменного трехфазного тока) и 24.00.04—84
(щетки электрических машин железнодорожного транспорта). Поло-
жительный эффект, полученный от применения в электрических маши-
нах специального назначения щеток, изготовленных по унифицирован-
ным чертежам, послужил основанием для создания подобных черте-
жей на щетки машин общепромышленного назначения. Реализация по-
следнего мероприятия началась с выпуска отраслевого стандарта на раз-
меры и конструкцию армированных щеток (ОСТ 16.0.684—187—83)
и стандарта предприятия, установившего номенклатуру марок этих
щеток (СТП ФЭО. 000.056-78). В ОСТ 16 0.684-187-83 нормированы
не только возможные сочетания типов и размеров щеток, как это сдела-
73
но в ГОСТ 12232.1—77, но и установлены для них длина, сечение и ко-
личество токопроводов, способ их заделки, тип и количество наконеч-
ников, надеваемых на токопровод, и все прочие элементы их арми-
ровки. Таким образом, этот документ нормирует параметры щеток
в сборе, т.е. готового предназначенного для поставки потребителям из-
делия. Допущенному к применению сочетанию перечисленных элемен-
тов, дополненному указанием на марку материала, из которого изго-
тавливается конкретная щетка, присвоено определенное обозначение,
которое в СТП ФЭ0.000.056—78 используется в качестве номера чертежа
на унифицированную щетку. Перевод промышленности на использова-
ние щеток, изготовленных по унифицированным чертежам и описанных
в соответствующих каталогах, существенно сокращает количество и
номенклатуру находящихся в производстве и эксплуатации типоразме-
ров и конструктивных вариаций электроугольных изделий. Подобное
обстоятельство избавляет потребителей от необходимости производить
конструирование щеток, т.е. выбирать элементы армировки, способы
соединения этих элементов и т.п. Выполнив все описанные расчеты по
определению марки нужных щеток и их основных размеров, потреби-
телю надлежит обратиться к соответствующему каталогу. Здесь он
выбирает изделие, по своим показателям наиболее близко совпадающее
с результатами произведенного расчета. В подавляющем большинстве
случаев подобный выбор оказывается возможным. В случаях, когда
размерная часть помещенных в каталогах изделий несколько отли-
чается от определенных расчетом, необходимо по формулам (17) — (20)
проверить условия, в которых будет протекать работа предлагаемой
каталогом щетки.
Все изложенное в настоящей главе применимо при проектировании
электрических машин без использования средств вычислительной техни-
ки. Между тем современный этап развития методов проведения соот-
ветствующих расчетов предусматривает использование для этой цели
ЭВМ, с помощью которых удается оптимизировать создаваемые маши-
ны по различным показателям, таким, как минимум массы, минимум
приведенной стоимости и др. В связи с отмеченным уместно заметить,
что приведенные формулы (17) —(24), описывающие совокупность
математических действий, которые нужно произвести для решения рас-
сматриваемой задачи, могут быть использованы для построения алго-
ритмов программ соответствующих расчетов. Практически это осуще-
ствляется в одной из лабораторий ВНИИЭИ инженерами С.В. Козлов-
ским и А.Г. Меньшиковым. Ими разработан алгоритм для расчета на
ЭВМ количества и размеров щеток для электрической машины постоян-
ного тока заданной мощности и определения ВБР используемых на них
щеток. Алгоритм расчета показан на рис. 14. Исходные данные для рас-
чета разделяются на две группы. Первая группа — показатели электри-
ческой машины, для которой производится расчет щеток: Р — мощ-
ность, кВт; U — напряжение, В; /м — ток, А; Тм — режим работы (гене-
74
Рис. 14. Алгоритм программы расчета количества и размеров щеток для
электрической машины заданной мощности
раторный, двигательный); DK — диаметр коллектора, м; пя — частота
вращения, об/мин.
Вторая группа — показатели щеток и материала, из которого они из-
готовлены: Гщ, Дщ, Гщ — тангенциальный, аксиальный и радиальный раз-
меры щеток, мм; Дгщ —ресурс щеток, мм; т] — коэффициент эффектив-
ности использования материала щеток, %; IP — число пар щеток; TIP —
тип щеток; MAR — марка материала (марка щеток); J — допустимая
плотность тока, А/см2; Л, В, С, К — показатели, характеризующие свой-
ства щеток по износу.
Необходимая информация размещается на внешнем носителе в виде
справочников 1 и II с постоянной длиной записи. Значения показате-
лей MAR, J заимствуются из соответствующих стандартов, а показатели
А, В, С, К — из табл. 12 и 14 и составляют содержание справочника I.
Значения показателей Гщ, дщ, гщ заимствуются из ГОСТ 12232.1—77,
75
a Ar щ и 7] составляют содержание справочника II. Алгоритм программы
расчета с помощью ЭВМ тангенциального, аксиального, радиального раз-
меров и общего количества щеток, подлежащих установке на электри-
ческой машине постоянного тока общепромышленного назначения, при
заданной для щеток вероятности безотказной работы (ВБР) изображен
на рис. 14.
После ввода необходимых исходных данных и оформления заголов-
ка (блоки 2-4, рис. 14) происходит поиск нужной записи в справочни-
ке I по наименованию марки (блок 5). Затем определяется расчетная
площадь контактной поверхности щетки (блок 6) :
где IP — количество пар щеток, вводимое исходя из существующих в
электромашиностроении общих представлений о согласовании мощ-
ности машины с числом пар ее полюсов (показатель IP варьируется).
Далее рассматриваются записи справочника II с типом щетки, соот-
ветствующим выбираемому (блок 9). В каждом случае, отражающем
типоразмер щетки, зафиксированный ГОСТ, определяется площадь ее
контактной поверхности (блок 10). Из рассмотрения исключаются
щетки, ресурс которых не отвечает условию
Дгщ > Тщ(0,0244А + 1)Г10"3,
где Т — время, в течение которого ВБР щеток составляет 0,993, обычно
принимается равным 2000 ч (блоки 11-13). Так как получившееся
значение площади 5 отличается от расчетного находим ближайшие
к нему значения ’’сверху” и ’’снизу” - и Гщ (блоки 14-17). Соот-
ветствующие номера щеток в справочнике запоминаются в перемен-
ных II и 12. В блоках 79, 20 вычисляются коэффициенты использова-
ния материала щеток т^, 7]2 и создаваемые в них плотности тока
/ф и /ф. Результаты выводятся на печать (блок 27). В случае, если
значения J ф и J значительно удалены от значения, рекомендованного
ГОСТ, то расчет продолжается, и управление передается на ввод новой
порции данных (блок 22). Таким образом, варьируя количества пар
щеток, а в некоторых случаях и их типы, получаем набор необходимых
размеров. Предпочтение отдается тому из них, который, имея мини-
мальную разность в плотности тока
Jк — 3 < 6,
реализует максимальное значение коэффициента использования мате-
риала щеток.
В результате проведения описываемого расчета для машины по-
стоянного тока общепромышленного назначения будут определены щет-
ки, размеры и ресурс которых при требуемом числе часов эксплуата-
76
ции обеспечат вероятность безотказной работы, равную 0,993. Очевид-
но, что выполнение указанного условия окажется возможным при
правильном выборе марки щеток, обеспечивающей предусматриваемое
ГОСТ 183—74 протекание коммутационного процесса, и техническом
состоянии электрической машины, удовлетворяющем требованиям дей-
ствующей нормативно-технической документации на нее.
Программа, реализующая описанный алгоритм, написана на языке
ФОРТРАН-IV для универсального вычислительного комплекса СМ-2М,
работающего под управлением дисковой операционной системы (ДОС)
и имеющего в качестве внешней памяти магнитные диски типа
ИЗОТ-1370. Основные характеристики программы: число операто-
ров — ПО; необходимый объем ОЗУ — 12 Кбайт; режим — интерак-
тивный; время реакции программы — 1 с.
Следует отметить, что машинное проектирование ведется в последнее
время в рамках САПР, и использование распространенного языка
программирования, обеспечение необходимого объема оперативного за-
поминающего устройства (ОЗУ), внешнего запоминающего устройства
(ВЗУ) и интерактивного режима программы позволяют без особого
труда включить программу в САПР для коллекторных электрических
машин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данная публикация дает возможность заключить, что достигнутый к
настоящему времени уровень знаний об эксплуатационных свойствах
используемых в промышленности щеток позволяет восполнить суще-
ствовавший ранее пробел в способах их расчета и выбора. Эта публика-
ция имеет также общепринципиальное значение для всей практики обес-
печения народного хозяйства страны электреугольными изделиями рас-
сматриваемого назначения и указывает пути возможной экономии.
Справедливость последнего утверждения иллюстрируется примером рас-
чета и выбора щеток для приводного двигателя типа П2—24/71, имеюще-
го следующие характеристики: Р = 8000 кВт, U- 930 В, DK = 2000 мм,
ия = 300 об/мин, ег = 7,4 В. По предварительному расчету на каждом
из 18 бракетов двигателя намечено установить по 16 щеткодержателей
с гнездами под щетки типа К1-8 с размерами /щ = 20, ящ = 32иг1Д =
= 64 мм (Ащ = 288). Подставив указанные значения в формулу (21),
находим, что показатель эксплуатационной напряженности элементов
скользящих контактов в рассматриваемом примере оказывается
равным:
Pv ъ 105
8000
930
2-300 мА
---------- ^ 300 -
2-3,2-288-с см2
Математическое ожидание средней скорости изнашивания щеток ущ
определится с помощью формулы (22), куда вместе с найденным значе-
77
нием Pv следует подставить постоянные Л, В и С из табл. 12. Выбор
последних должен быть согласован с выбором марки намечаемых к
применению щеток. При заданном ег = 7,4 В по номограмме рис. 5
устанавливаем, что в данном случае по условиям коммутации оказы-
вается возможным применение щеток марки ЭГ14 и обладающих еще бо-
лее высокими значениями индекса коммутации щеток марки ЭГ74.
Подставив в формулу (22) соответствующие значения, получаем, что
при использовании щеток марки ЭГ14
7Щ14 = !’81 - °’61 ’ 10"2 ’ 300 + °’84 * 10“4 ‘ 30°2 =
= 7,5 мм/1 000 ч эксплуатации
при использовании щеток марки ЭГ74,
7щ74 = 2,15 - 0,39 • 10“ 2 • 300 + 0,38 • 10“4 • 3002 =
= 4,4 мм/1000 ч эксплуатации.
Выявленное преимущество в скорости изнашивания щеток марки
ЭГ74 проявляет себя, естественно, и при расчете показателей надежно-
сти. Поскольку, как это следует из табл. 17, для щеток типа К1-8 разме-
рами 20 х 32 х 64 мм их ресурс Дгщ = 49 мм, то одно и то же значение
вероятности безотказной работы при эксплуатации машины со щетками
ЭГ14 и ЭГ74 будет обеспечено при разном числе часов их работы. Это
число просто определяется с помощью формулы (24) после решения ее
относительно t:
t = Дгщ/(2,44а + 7Щ), (25)
где ущ — скорость изнашивания щеток марки ЭГ14, равная 7,5 • 10"3,
марки ЭГ74 — 4,4 • 10"3 мм/ч; а — параметр рассеяния характеристи-
ки v щ, равный произведению 0,01 К v щ (К берется из табл. 14).
Поскольку для изделий марки ЭГ14 а14 = 0,01 -90 v Щ14, а для мар-
ки ЭГ74 07 4= 0,01 • 85 у щ74, то подстановка соответствующих значений
в (25) позволяет получить
49
Г74 = --------------------------= 3623 ч.
4,4 (2,44 • 0,85 + 1) • 10"3
Полученные цифры свидетельствуют, что, оборудовав рассмотрен-
ный двигатель типа П2-24/71 щетками марки ЭГ74, вместо щеток мар-
ки ЭГ14 увеличиваем на 48% срок службы комплекта последних.
78
В рассмотренном примере проанализирован частный случай выбора
щеток для конкретной машины. Переход от него к общему случаю реше-
ния задачи выбора марки щеток по их максимальной износоустойчи-
вости может быть основан на анализе графиков ранее приведенного
рис. 12. При этом не следует забывать о необходимости обеспечивать
требуемую коммутирующую способность щеток. Так, для машин, ра-
ти А
ботающих в генераторном режиме при ег < 3,5 В и при Pv < 300 --—,
с см2
наибольший срок службы будет у щеток марки ЭГ4. Для генераторов
м А
с ег > 3,5 В и 200 <PV < 350----- лучшими по износоустойчивости
с см2
оказываются щетки марок ЭГ51 и ЭГ74. Для машин, используемых
м А
в двигательном режиме при ег < 2,5 В и 100 <Ру < 350— —-, наибо-
с см
лее износоустойчивыми являются щетки марок 611М и ЭГ71, а для
двигателей с этими же значениями Pv и предельными значениями ег
лучшими по износоустойчивости являются щетки марки ЭГ74.
Наряду с выбором марки щеток по условию наибольшей износоус-
тойчивости для данных условий эксплуатации необходимо также руко-
водствоваться принципом возможно более полного использования за-
кладываемых в щетки электроугольных материалов, что видно из
рис. 13. Здесь показано, как за счет изменения радиального размера ще-
ток при 100%-ном увеличении расхода материала на их изготовление
можно увеличить их ресурс на 182%. Таким образом, каждый процент
материала, израсходованного на изготовление щеток со все большим
значением гщ, ’’работает” более эффективно, чем у щеток с малым
радиальным размером. Экспериментальное подтверждение изложенного
подробно описано в [28].
Распространение описываемого метода выбора щеток для электри-
ческих машин общепромышленного назначения и перевод их на работу
со щетками, изготовленными из материалов, обладающих наибольшей
износоустойчивостью и рационально сконструированных с возможно
большим значением ресурса, окажут самое непосредственное влияние
на всю систему обеспечения рассматриваемыми электроугольными изде-
лиями их многочисленных потребителей При реализации метода про-
изойдет более рациональное использование щеток в различных областях,
в результате чего они будут работать в оптимальных для себя условиях.
При этом будет уменьшена общая потребность народного хозяйства в
щетках; окажется возможным прекратить производство недостаточно
износоустойчивых изделий и решить ряд других вопросов, что упро-
стит взаимоотношения изготовителей щеток с их многочисленными
потребителями. В результате произойдет существенное повышение
экономической эффективности применения щеток и будет обеспечена
экономия при их производстве. Здесь уместно заметить, что решение
79
этих задач будет также зависеть и от совершенствования конструкции
электрических машин, и от свойств щеточных материалов. В [28]
описаны результаты опытов, показавших, что за счет только совершен-
ствования конструкции щеткодержателей удалось существенно снизить
скорость изнашивания щеток, изготовители которых со_своей стороны
принимают меры по дальнейшему снижению значений рщ. Таким об-
разом, в дальнейшем следует ожидать последовательного повышения
износоустойчивости щеток, что приведет к тому, что эффект от при-
менения изложенных рекомендаций будет повышаться. В частности,
при расчете элементов электрических скользящих контактов соз-
дастся дополнительный ’’запас прочности”.
В заключение автор считает возможным рекомендовать включение
изложенных в настоящем издании рекомендаций в соответствующие
разделы учебных курсов по электрическим машинам. Реализация подоб-
ной рекомендации позволит восполнить имеющиеся в этих курсах про-
белы в освещении вопросов расчета элементов скользящих контактов
и создаст базу для обоснованного определения показателей надежности
электрических машин, в которых нуждается современный этап развития
техники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Arnold Е., Mie С. Uber den Kurzschluss der Spulen und die Kommutation des
Stromes einer Gleichstromankers// Elektrotechnische Zeitschrift. 1899. S. 97-150.
2. Вегнер О.Г. Теория и практика коммутации машин постоянного тока. М.:
Госэнергоиздат, 1961.
3. Дальнейшее развитие теории оптимальной коммутации машин постоянного
тока/ М.Ф. Карасев, В.П. Беляев, В.Н. Козлов и др.// Научные труды. Т. 78. Ом-
ский ин-т инженеров железнодорожного транспорта (ОМИИТ). Омск: 1967. С. 175.
4. Толкунов В.П. Теория и практика коммутации машин постоянного тока.
М.: Энергия, 1979.
5. Трушков А.М. Математическое моделирование процесса коммутации при
множественном щеточном перекрытии. Межвузовский тематический сборник науч-
ных трудов ОМИИТа. Омск: 1980. С. 6-33.
6. Der EinfluB Ankerspulenausuhrung auf die Reaktanzspannung und die Kommu-
tierungsverluste in der Ankerwicklung einer Gleichstrommaschine/ V.W. Fetisow,
W.I. Paschkewitsch, V.A. Latyschewa, M.P. Meschtschenina// Wissenschaftiche Zeitshch-
rift Technischen Universitat. Dresden, 1983, Bd 32, N 3. S. 51-58.
7. Такэмура Акира.Новейшие достижения в области мощных двигателей по-
стоянного тока// Хитати Херон. 1983. Т 65, № 2. С. 137-140.
8. Влияние конструкции секций на коммутацию машин постоянного тока/
В.Н. Антипов, Е.М. Луткин, В.А. Латышева и др.// Электротехника. 1982. № 1.
С. 32-36.
9. Антипов В.Н. Теория и принцип расчета коммутации машин постоянного тока
в среднемгновенных значениях// Сб. науч, трудов ВНИИэлектромашиностроения
’’Вопросы повышения коммутационной способности машин постоянного тока”.
Л.: ВНИИэлектромашиностроения. 1982. С. 8-22.
10. Вопросы создания двигателей постоянного тока мощностью 10 МВт с мало-
инерционным якорем/ В.Г. Данько. В.С. Кипьпытпев, В.И. Милых и др. Динами-
80
ческие режимы работы электрических машин и электроприводов// Тезисы док и i
дов 4-й Всесоюзной научно-технической конференции. Днепродзержинск; 1985.
Ч. 1.С. 6-7.
11. Glebov I.A., Chubraeva L,I. Development of Superconducting generators and
motors in the USSR// Proceedings International Cryogenic Engineering Conference.
Kobe, 11-14 May 1982 Guildform. 1982. P. 400-407.
12. Гейнрих В. Проблема скользящего контакта в электромашиностр>« ннн
M-JL: Энергоиздат, 1933.
13. Нейкирхен И. Угольные щетки и причины непостоянства условий komms i.i
ции машин постоянного тока. М.: ОНТИ, 1937. С. 183.
14. Карасев М.Ф. Экспериментальные исследования процесса коммутации
электрических машин постоянного тока на специальной модели// Электричек по •.
1948. №7. С. 37-42.
15. Карасев М.Ф. Еще раз о связи вольт-амперных характеристик щеток с их
коммутирующей способностью. Тр. Омского ин-та инженеров железподор »1 -
транспорта. М.: Транспорт, 1965. Вып. 54. С. 4-17.
16. Вегнер О.Г., Вегнер В.Г. К вопросу разработки технических условии n.i
щетки для электрических машин с затрудненной коммутацией тока// hiei•. ip.n.*
ство. 1957. № 1. С. 52-56.
17. Гурин А.С., Кузнецов В.И. Проектирование серий электрических машин
М.: Энергия, 1978.
18. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свиреденко И.С. Проектировашь • icKipuhcc
ких машин. М.: Высшая школа, 1984.
19. Бодров И.И., Давидович Я.Г. Сколь 1ИЩИН копии • мши > »<|ж ни i ч копчек
торных машин. М.: Энергия, 1980.
20. Бодров И.И. Илледонаиие щегок '«ногоф......... «I « i«ipiihi i.\ р.»
ческих машин// (б. науч. чум»» ВПИЛИ Новые эл- i гро 'ojiwh.i мигриплы
Технология и ишелия. М,: Энернмг щит, Р • н» ' <
21, Гокарсн Б Ф„ Бодром И II В ц» iiithmi ып с юти! р.»*»-.и. । ч ь
Н I" I >11(1 I . I» I I рИ'Я П\ Mmllllll// ' *.1.1' НЧ1 1НП1Л11. • I I I ро. I OJII.HLK
• М‘ 1.1Ш1О1 |ММН...... И li’IIIH I HI • I . . |V I ни» • • м pi . .«» н»п 'Д.1|, Г»«
(.21 26.
Конн.... MIL. 11и«н|......ин I М - ' । ' .... nitti i.i Ч I. МЛ.:
I «»с »hrpt...и, I 95Н,
I, М и nil I \ Ь I.и I bind» и к Ill'll । inn id pul* nid tin li nibbiriM Vtdoci
i. •// II' I I I III 1 I • i \p| 111(1 ‘ I I '*• ' I I • N II I I I I I MH
24. Mav M.S ' hi и -I. ин ii' itliH biij*hi|// li. i>i .1 I npiii'4'i nit . I9b2.
Vol. 81, N 1.1* ЧЖ ’ом,
25. Активом H ll I1 .. i 'pn • ..... • .Mi »... мини > i i* iродии '। г Й
ПОСТОЯННОГО ГО» I .. . » 1.1» 11'1 при lllpll mpilOM I l.lllllll// Вопри 1.1 II <1114
шения К"мм । и» »<< hi Im mi '1104 1'61101111 • iMiiuin 'i'll । Miiiih ।• • no i Jf ; Bl 1ИИ »ji'*i'i pi-
маш, 1982.< GM 7И
26. Plos/ui^ • lM Г.окор I 41 I • m»i io- । lit ii« whi inn •' dynamic n
maczyny pi । lu Hl< । < I n »uio • dlh piIH it i к |. 1982. N 82.
S. 37-56.
27. Дившиц ll.< , i’hoihi- •• i ни' инн' " p'lpioi м. to i.i iK.nibiH*
щих контактов •' - ipii‘i»' । в *inn»o« mi i homioIi ii'»// hicb iptMi' i ho. 1984
№4.C. 13-17.
28. Двишиц П.< . Пои.» i ни.....и < iiioiiiiiMi Bin <»iio hi i- iji।.г-нних кон-
тактов электрических м.п mm// 11 • Ip'i'illWI • I1' i < Ы l8.