Результаты обследования токораспределения ЩКА

В процессе экспериментов на всех режимах работы генератора ТВВ – 320 – 2У3 проводился постоянный контроль распределения тока ротора по электрощеткам ЩКА при помощи универсального измерительного комплекса «ВИККОНТ».

В табл. 3 представлена картина распределения тока ротора по электрощеткам при отсутствии смазывающих щеток (режим нагрузки – 100%, I_P=2900 А). В таблице указаны:

-  мгновенные значения токов в каждой щетке колец положительной и отрицательной полярностей;

-  суммарный ток обмотки возбуждения;

-  средний ток щеток, рассчитанный в соответствии с рекомендациями руководства по эксплуатации ЩКА [1];

- среднее абсолютное отклонение тока всех щеток от среднего значения, рассчитанное по формуле:

где  – количество электрических щеток на контактном кольце;

   – мгновенное значение тока i-й щетки, А;

   - средний ток щеток, А:

   – суммарный ток ротора, А.

Анализ табличных данных показывает, что токовая нагрузка электрощеток имеет значительную неравномерность. В частности, при 80% нагрузки (табл. 4) на положительном кольце максимальная токовая нагрузка достигает 162 А (щетка №27), основная часть щеток работает с токовой нагрузкой 100 А. Три электрощетки нагружены не более, чем на 65 А (щетки №10, 16, 18). Эти щетки практически не участвуют в токопередаче и вызывают дополнительный нагрев контактного кольца, так как обесточенный скользящий контакт угольной щетки со стальным контактным кольцом приводит к его разогреву и к дополнительному увеличению потерь. Среднее абсолютное отклонение в случае отсутствия смазывающих щеток составляет 23,8 А (кольцо положительной полярности) и 21,6 А (кольцо отрицательной полярности). Замеры распределения тока ротора по электрощеткам проводились сначала при отсутствии смазывающих щеток, а затем через 2 часа после их установки.

Установка смазывающих щеток позволила уменьшить неравномерность токораспределения, на положительном кольце максимальная токовая нагрузка достигает 150 А (щетка №1), основная часть щеток работает с токовой нагрузкой 90-95 А. На отрицательном кольце максимальная токовая нагрузка на щетку достигает 168 А (щетка №9), основная часть щеток работает с токовой нагрузкой 90-100 А. Среднее абсолютное отклонение составляет 13,1 А (кольцо положительной полярности) и 17,2 А (кольцо отрицательной полярности).

При 60% нагрузки замеры распределения тока ротора по электрощеткам проводились сначала для случая установки смазывающих щеток, а затем спустя 1 час после их поднятия (табл. 5). На положительном кольце максимальная токовая нагрузка достигает 118 А (щетки №1, 22, 27), основная часть щеток работает с токовой нагрузкой 75-90 А. На отрицательном кольце максимальная токовая нагрузка на щетку достигает 126 А (щетки №10, 18), основная часть щеток работает с токовой нагрузкой 80-90 А. Среднее абсолютное отклонение в случае отсутствия смазывающих щеток составляет 18,4 А (кольцо положительной полярности) и 19,1 А (кольцо отрицательной полярности). Установка смазывающих щеток позволила уменьшить неравномерность токораспределения. На положительном кольце максимальная токовая нагрузка – 146 А имела место на щетке №12, а основная часть щеток работала с токовой нагрузкой 75-80 А.

На отрицательном кольце максимальная токовая нагрузка на щетку достигала 134 А (щетки №1, 13). Основная часть щеток работала с токовой нагрузкой 80-85 А. Среднее абсолютное отклонение составляло 14,1 А (кольцо положительной полярности) и 13,3 А (кольцо отрицательной полярности).

 

Таблица 3

Распределение тока ротора по электрощеткам (100% нагрузки, смазывающие щетки отсутствуют)

Номер щетки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28
Суммарный ток ротора, А	2904
Средний ток щеток, А	104
Положительное кольцо
Мгновенное значение тока под щеткой, А (смазывающие щетки (СЩ) отсутствуют)	130	140	147	80	120	90	90	91	85	140	150	160	90	110	95	80	70	100	60	70	20	140	90	110	106	100	140	100
Среднее абсолютное отклонение	24,9
Отрицательное кольцо
Мгновенное значение тока под щеткой, А (смазывающие щетки (СЩ) отсутствуют)	150	102	100	90	85	96	110	140	95	130	120	166	75	95	120	125	50	85	40	80	70	140	80	100	120	90	110		140
Среднее абсолютное отклонение	23,3

 

                                                                                                                                                             Таблица 4

Распределение тока ротора по электрощеткам (80% нагрузки)

Номер щетки	1	2	3	4	5	6	7	8		9		10		11		12		13		14		15		16		17		18		19		20		21		22		23		24		25		26		27		28
Суммарный ток ротора, А	2805
Средний ток щеток, А	100
Положительное кольцо
Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ отсутствуют)	155	128	115	120	110	115	65	88		91		54		125		107		111		125		90		65		97		65		68		70		20		116		96		116		112		104		162		115
Среднее абсолютное отклонение	23,8
Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ установлены)	150	105	100	100	100	90	90		90		90		90		95		105		105		95		90		85		105		95		95		95		20		115		105		115		125		105		135		115
Среднее абсолютное отклонение	13,1
Отрицательное кольцо

Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ отсутствуют)	135	95	87	72	126	91	90	90	189	107	99	96	139	80	109	104	122	87	112	65	161	97	79	79	67	77	85	65
Среднее абсолютное отклонение	21,6
Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ установлены)	123	68	108	78	88	95	90	95	168	88	98	78	138	88	108	88	128	98	113	113	118	88	73	98	118	78	108	73
Среднее абсолютное отклонение	17,2
Примечание: выделенные ячейки – электрощетки, которые работают на дорожке со смазывающими щетками

Таблица 5

Распределение тока ротора по электрощеткам (60% нагрузки)

Номер щетки	1	2	3	4	5	6	7		8		9		10		11		12		13		14		15		16		17		18		19		20		21		22		23		24		25		26		27		28
Суммарный ток ротора, А	2485
Средний ток щеток, А	89
Положительное кольцо
Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ отсутствуют)	118	98	73	80	75	62	78		72		61		110		108		129		103		73		94		84		94		83		64		78		15		118		88		96		88		110		118		115
Среднее абсолютное отклонение	18,4
Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ установлены)	143	91	83	86	93	88		78		78		81		63		78		146		90		85		83		98		99		75		78		70		20		118		91		98		98		88		88		98
Среднее абсолютное отклонение	14,1
Отрицательное кольцо
Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ отсутствуют)	60	88	106	60	70	116		87		82		86		126		112		122		66		96		116		108		71		126		102		68		53		76		87		107		29		95		88		82
Среднее абсолютное отклонение	19,1
Мгновенное значение тока под щеткой, А (СЩ установлены)	134	74	74	90	80	78		80		69		124		100		80		79		134		85		128		80		90		89		84		74		94		79		84		88		66		84		74		90
Среднее абсолютное отклонение	13,3
Примечание: выделенные ячейки – электрощетки, которые работают на дорожке со смазывающими щетками

На рис. 8-11 представлены гистограммы распределения тока по параллельно работающим щеткам колец при различных нагрузках для случая отсутствия смазывающих щеток.

Рис. 8. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца положительной полярности (100% нагрузки, смазывающие щетки отсутствуют)

Рис. 9. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца отрицательной полярности (100% нагрузки, смазывающие щетки отсутствуют)

Рис. 10. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца положительной полярности (80% нагрузки, смазывающие щетки отсутствуют)

Рис. 11. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца отрицательной полярности (80% нагрузки, смазывающие щетки отсутствуют)

На рис. 12-15 показаны сравнительные гистограммы токораспределения при мощности 80% (рис. 12, 13) и 60% (рис. 14, 15), из которых видно что установка смазывающих щеток позволила уменьшить неравномерность токораспределения.

Рис. 12. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца положительной полярности (80% нагрузки, смазывающие щетки установлены)

Рис. 13. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца отрицательной полярности (80% нагрузки, смазывающие щетки установлены)

Рис. 14. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца положительной полярности (60% нагрузки, смазывающие щетки установлены)

Рис. 15. Гистограмма распределения тока ротора по электрощеткам кольца отрицательной полярности (60% нагрузки, смазывающие щетки установлены)

На рис. 16-17 показаны сравнительные гистограммы токораспределения на одной дорожке положительного и отрицательного кольца при мощности 80% и 60%.

а)	б)

Рис. 16. Гистограмма распределения тока по электрощеткам кольца положительной (а) и отрицательной (б) полярностей (80% нагрузки)

а)	б)

Рис. 17. Гистограмма распределения тока по электрощеткам кольца положительной (а) и отрицательной (б) полярностей (60% нагрузки)

Из анализа приведенных данных можно сделать заключение, что установка смазывающих щеток, выполненных на основе дисульфида молибдена приводит к более равномерному распределению тока между параллельно работающими щетками. Это объясняется тем, что смазывающие щетки формируют более стабильную дугу контактирования щетка-кольцо, обеспечивающую постоянство сопротивления переходного слоя щетка-контактное кольцо (коллектор) 5 (рис. 18). Оно значительно больше (в 3-4 раза) [4] суммарного сопротивления, которое включает в себя переходное сопротивление между клеммой и поводком щетки 1, сопротивление контакта между клеммой щетки и траверсой щеткодержателя 2, сопротивление между поводком и телом щетки 3, сопротивление углеродного материала (тела щетки) 4. Известно, что контактная дуга при работе претерпевает значительные изменения, уменьшаясь в некоторые моменты времени до 1/100 от теоретической дуги контактирования) [3, 5].

Рис. 18. Переходное сопротивление щетка-контактное кольцо

Аналогичные результаты по стабилизации дуги касания были получены нами в случае использования смазывающих щеток в коллекторных двигателях переменного тока, у которых имеются ограничения по уровню радиопомех по мощности и напряжению. Радиопомехи в основном определяются механикой контакта щетка-коллектор (изменением контактной дуги) [6]. В табл. 6-7 приведены данные по изменению уровня радиопомех в случае установки на коллектор смазывающих щеток. Как следует из табличных данных, применение смазывающих щеток приводит к уменьшению уровня радиопомех по большинству частот (за счет стабилизации контактной дуги).

Таблица 6