книги из ГПНТБ / Лившиц, П. С. Скользящий контакт электрических машин (свойства, характеристики, эксплуатация)

ное увеличение проводимости среды закончилось нару­ шением ее электрической прочности. В результате скач­ кообразно снижается напряжение на электродах (точка G) и происходит резкий бросок тока. Дальнейшие про­ цессы в системе определяются 'Мощностью питающего источника. Если его мощность невелика, описанный цикл разрядов будет ритмично повторяться и в цепи будет происходить импульсная передача энергии. При доста­ точной мощности питающего источника скорость ритма значительно возрастает, отдельные импульсы сливаются в один непрерывный и бомбардировка катода положи­ тельными ионами становится столь интенсивной, что он

ной катодного падения напряжения (10—20 В).

Все изложенное о механизме прохождения носителей тока через воздушный зазор базировалось на классичес­ ких представлениях теории газового разряда. В самое последнее время появились исследования, ставящие себе целью учесть влияние на процесс искрообразования ряда параметров коллекторных электрических машин, на кото ­

ния с учетом плотности тока в сбегающем и набегающем краях электрощетки, удельного давления на нее, индук­

в нем процессы химического взаимодействия, трения и износа. Взаимодействующими компонентами при хими­ ческих реакциях являются материал коллектора,, мате­ риал электрощеток и вещества, входящие в состав окру­ жающей среды. Факторами, направляющими и интенси­ фицирующими химические реакции, являются темпера­ тура и электрический ток, протекающий через контакт. Состав окружающей среды, в случае если контакт ра­ ботает в атмосфере обычного воздуха, приведен в табл. 2-1. Кроме перечисленных элементов в воздухе находится еще йод, перекись водорода, частицы пыли и водяной пар. Количество последнего в зависимости от температуры и давления колеблется в весьма широких

30

пределах (табл. 2-2). Сведения табл. 2-1 и 2-2 характери­ зовали состояние атмосферы у поверхности Земли. В свя­ зи с развитием реактивной авиации и освоением косми-

31

ческого пространства деталям электрического скользя­ щего контакта приходится работать в так называемых

с этим изменяются условия работы контакта. В случае использования контакта в нормальной, содержащей во­ дяные пары атмосфере, влага под влиянием тока элек­ тролитически разлагается. Образующиеся при этом ка­ тионы Н2 и анионы О под действием электрического поля перемещаются соответственно к катоду и аноду. Послед­ нее означает, что в зоне контакта под анодно-поляризо- ванной электрощеткой на ее рабочей поверхности отла­ гается кислород, а на медной поверхности коллектора-— водород. В зоне контакта катодно-поляризованной элек­ трощетки картина изменяется. Здесь к ее контактной поверхности поступают катионы водорода, а к коллек­ тору— отрицательно заряженные атомы кислорода. Опи­ санные явления определяют принципиальные различия процессов, происходящих в рабочей зоне контактирую­ щих элементов различной полярности. Очевидно, что участок поверхности коллектора, выходящий из-под элек­ трощетки-катода, подвергается интенсивному окислению (темнеет). Попав под электрощетку-анод этот участок

только в периоды пребывания участка коллектора под катодно-поляризованной электрощеткой, но и тогда, когда этот участок перемещается между двумя после­ довательно установленными над ним электрощетками. Кроме того, разогретая поверхность работающего кол­ лектора поглощает также кислород из атмосферы. Кис­ лород диффундирует сквозь слои Cu2 0 и производит дальнейшее окисление меди.

Процесс окисления меди находится в динамическом равновесии с процессом истирания наружной части слоя Си^О, в результате чего поверхность скольжения кол­ лектора покрывается окисной пленкой. Эта пленка явля­ ется только одной из компонент политуры. Другой ее компонентой являются частицы, поступающие в зону кон­ такта извне. Происхождение поступающих частиц раз­ лично. Одна их часть является продуктами механичес-

32

Кого износа контактирующих элементов; другая часть — продуктами их электроэрозии; третья привносится из ок­ ружающей среды. Сочетание указанных продуктов с окисной пленкой образует на рабочей поверхности коллекто­ ра политуру, цвет и состояние которой определяются большим числом различных обстоятельств. В числе по­ следних находятся: род материалов, использованных для

в зоне контакта и многое другое. В зависимости от со­ четания перечисленных обстоятельств поверхность сколь­ жения приобретает различное состояние и разнообразную окраску. Особенно рельефно перечисленные взаимодей­ ствия наблюдаются при работе на контактных кольцах, когда электрощетки различной полярности расположе­ ны на отдельных следах. Так, например, если электро­ щетки из «черных» материалов работают в нормальной атмосфере на медных контактных кольцах, то кольцо, находящееся под анодно-поляризованной электрощеткой, остается гладким и покрывается частицами электроще­ точного материала. Кольцо, расположенное под элек­ трощеткой противоположной полярности, таких частиц на себе не имеет. Его рабочая поверхность становится матовой и шероховатой. Все это происходит потому, что иод электрощеткой-анодом поверхность кольца химичес­ ки восстанавливается и на нее переносятся частицы электроугольного материала. Под электрощеткой-катодом поверхность кольца окисляется и отделяющиеся от «его частицы металла, внедряясь в контактную поверхность электрощетки или оставаясь в контактном зазоре, игра­ ют роль абразива. Если вместо электрощеток «черных» материалов установить «цветные», то в зоне контакта анодно-поляризованной электрощетки также появятся ме­ таллические частицы. В последнем случае создадутся ус­ ловия для образования шероховатостей кольца и под электрощеткой этой полярности.

Только что описанные процессы образования политу­ ры справедливы для случая нормальной работы сколь­ зящего контакта в обычной атмосфере. При нарушении указанного условия описанные процессы образования по­ литуры изменяются и могут пойти по направлению, ко­ торое существенно изменит режим работы контакта. Так, например, если прохождение носителей тока через кон-

никают при появлении в окружающей атмосфере неко­ торых газообразных соединений. Если, например, в пей появится сероводород, то в составе политуры окажется сернистая медь. Благодаря большей толщине и более

.прочной связи с материалом медного коллектора такая политура совершенно нарушает работу контакта, хотя электропроводность сернистой меди более высока, чем у Cu2 0. В [Л. 2-3] описай случай, когда в прядильном цехе одной из фабрик искусственного шелка при выде­ лении большого количества влажного сероводорода элек­

ется вполне инертным. Появление в окружающей ат­ мосфере хлора приводит к разрушению политуры. Сое­ диняясь с влагой, хлор образует соляную кислоту, кото­ рая счищает как слои Cu2 0, так и слои отложившегося над ней материала электрбщеток. При этом на контакт­ ной поверхности катодно-поляризованной электрощетки отлагаются частицы меди, а на коллекторе—•значитель­ ное количество грязи. Аналогичным образом проявляет себя и аммиак.

Приведенные примеры иллюстрировали влияние на процесс образования политуры только некоторых фак­ торов. Другие упомянутые ранее факторы, влияющие на рассматриваемый процесс, также оказывают влияние как на конечное состояние, так и на все другие явления, про­ текающие в скользящем контакте.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ПЕРЕХОДНОЕ ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ СКОЛЬЗЯЩЕМ КОНТАКТЕ

Величина переходного падения напряжения в сколь­ зящем электрическом контакте самым непосредственным образом связана с происходящими в нем электрически­ ми явлениями. Экспериментальное определение назван­ ной характеристики производится с помощью установок,

3\

ванной электрощеткой, которое образуется в результате прохождения тока по двум параллельным цепям:

ванной электрощеткой, которое, подобно тому как это

но-поляризованной электрощетки от места заделки до точки б.

36

При рассмотрении перечисленных слагаемых нетруд­ но заметить, что среди них имеются такие, значения ко­ торых не зависят от направления тока в цепи и которые для данной конструкции электрощеток можно принимать попарно равными:

Последние шесть величин, так же как и Дид, для дан­ ной конструкции и материала электрощеток и коллектора

Рис. 3-2. Распределение измеряемой вели­ чины переходного падения напряжения по участкам электрической цепи для электро­ щеточных материалов различных классов и групп в соответствии с классификацией

табл. 1-2.

при выбранном значении тока в цепи, могут быть опре­ делены простым расчетом. Значения всех прочих пере­ численных составляющих, строго говоря, должны опре­ деляться как разность между величиной 2Ди, показы­ ваемой вольтметром при проведении эксперимента, (рис. 3-2), и рассчитываемыми величинами

А«4 + А«5 + А«6 + А«7+Aw8 +Аыэ+А«ю+Аыц + Ша.+''

+A « i 3 + A « i 4 = 2 A £ / — (Д«1+Ди2 +А«3 +

+Ды15+Ди1в+Ды17). (3-1)

37

Для ряда материалов члены, стоящие в скобках пра­ вой части равенства (3-1), составляют малую часть из­ меряемого значения 2AU, и в этих случаях с достаточной для практики точностью можно принимать *

доизменяют. Оставляя один конец вольтметра в точке а (или б), другой его конец подключают к вспомогатель­ ной электрощетке с малым переходным падением напря­

что при проведении экспериментов по описываемым схе­ мам при постоянном значении тока в цепи все наблюдае­ мые изменения значений AU-; AU+ и 2AU определяются процессами, происходящими в скользящем контакте. Ес­ ли опыты производятся при изменяющемся токе в цепи, то в изменениях величин, измеряемых вольтметром, не­ которую роль начинают играть изменения значений чле­ нов, стоящих в скобках правой части (3-1). Однако в со­ ответствии с (3-2) принято считать, что и в этом случае все наблюдаемые изменения обусловлены только теми явлениями, которые происходят в зоне скользящего кон­ такта.

При изучении переходного падения напряжения эк­ сперименты ставятся обычно по одной из двух схем. Пер­

ность тока для материала испытуемой марки электроще­ ток, выбираемая по ГОСТ или фирменным каталогам.

Измеренному значению переходного падения напря­ жения при указанном значении тока / п присваивается название «номинальное» 2А£/П .

38

Вторая схема постановки эксперимента заключается в том, что ток в цепи постепенно изменяется от нуля до некоторого значения и в процессе этого изменения при фиксации отдельных значений / измеряются соответству­ ющие им значения 2Д£/ (время выдержки на каждой ступени тока равно 3—5 мин). По полученным описан­ ным образом парным значениям / и 2AU строится кри­

•— анодно-поляризованная элек­

скользящего контакта*. Если опыт видоизменить, пере­ ключив установку на питание переменным током и вклю­ чив вместо амперметра и вольтметра выводы осцилло­ графа, можно получить динамическую характеристику скользящего контакта [Л. 3-2].

Первое представление о влиянии иа статическую вольт-амперную характеристику контакта факта превра­ щения его из неподвижного в скользящий можно полу­ чить из рис. 3-3. Соответствующие опыты производились на экспериментальной установке для контактной пары «медный короткозамкнутый коллектор — электрографи-

* Подробное описание метода определения статической зольтамперной характеристики переходного падения напряжения и ха­ рактеристик коэффициента трения и износа дано в [Л. 3-П-

39