RU91479U1

RU91479U1 - BRUSH AND COLLECTOR ASSEMBLY

Info

Publication number: RU91479U1
Application number: RU2009139461/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Александрович Мамаев; Валерий Ананьевич Шабардин; Сергей Анатольевич Изотов; Сергей Викторович Никулин; Вячеслав Николаевич Тимошенко
Original assignee: Изотов Анатолий Иванович
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2010-02-10

Abstract

Щеточно-коллекторный узел электрической машины, содержащий коллектор, разнополярные токосъемные щетки, отличающийся тем, что содержит политурообразующие щетки, обладающие высокой скоростью образования политурной пленки, которые установлены на рабочие дорожки токосъемных щеток таким образом, что участвуют в процессе токопередачи, удельное электрическое сопротивление угольного столба их имеет значение, не допускающее их перегрузку рабочим током, а количество выбирается из условий равного токораспределения по щеточным пальцам и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе.Brush-collector unit of an electric machine, containing a collector, bipolar collector brushes, characterized in that it contains polyster-forming brushes having a high polythene film formation rate, which are installed on the working paths of the collector brushes in such a way that they participate in the current transfer process, the electrical resistivity of the carbon column they have a value that does not allow them to be overloaded with a working current, and the number is selected from the conditions of equal current distribution over the brush fingers and Qdim politurnoy film formation speed on the collector.

Description

Полезная модель относится к области электромашиностроения, в частности коллекторным электрическим машинам постоянного тока общепромышленного и авиационного исполнения с пониженным износом щеток у которых на щеточном пальце расположено два или более щеткодержателя с токосъемными щетками.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular DC collector electric machines of general industrial and aviation design with reduced brush wear, on which two or more brush holders with current-collecting brushes are located on the brush finger.

Известна токосъемная углеродистая щетка с цилиндрическими вставками из высотной массы, содержащей дисульфид молибдена, отличающаяся тем, что с целью улучшения эксплуатационных свойств и износов щеток, оси вставок расположены в плоскостях поперечных сечений щетки, причем сами вставки расположены в шахматном порядке двумя рядами, ширина каждого из которых равна половине ширины щетки, а каждая вставка одного ряда смещена относительно соседней вставки другого ряда на расстояние, равное диаметру вставки (авт.свид. СССР №746794, кл. H01R 43/12). К недостаткам указанной щетки можно отнести наличие в ней смазки, что снижает технологичность, наличие отверстий в материале щетки способствует снижению ее механической прочности, что особенно важно для электрических машин авиационного исполнения, работающих при повышенных вибрациях, неравномерность износа коллектора под высотной вставкой и другой половиной щетки, ухудшает механику контакта щетка-коллектор, что может привести к повышенному искрению и износу щеток.Known current-collecting carbon brush with cylindrical inserts from a tall mass containing molybdenum disulfide, characterized in that in order to improve the performance and wear of the brushes, the axis of the inserts are located in the plane of the cross sections of the brush, and the inserts themselves are staggered in two rows, the width of each of which is equal to half the width of the brush, and each insert of one row is offset relative to the adjacent insert of the other row by a distance equal to the diameter of the insert (ed. certificate. USSR No. 746794, class H01R 43/12). The disadvantages of this brush include the presence of lubricant in it, which reduces manufacturability, the presence of holes in the brush material reduces its mechanical strength, which is especially important for aircraft-powered electric machines operating at high vibrations, uneven wear of the collector under the high-rise insert and the other half of the brush , worsens the mechanics of brush-collector contact, which can lead to increased sparking and wear of the brushes.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является щеточно-коллекторный узел, содержащий коллектор, разнополярные токосъемные щетки, установленные в диаметрально противоположные щеткодержатели, и дополнительные щетки, отличающийся тем, что с целью уменьшения износа токосъемных и дополнительных щеток, дополнительные щетки установлены подпружинено в дополнительно введенных щеткодержателях между разнополярными токосъемными щетками на каждую дорожку коллектора, длина каждой дополнительной щетки равна длине токосъемной щетки, а ширина выбрана больше толщины изоляции между коллекторными пластинами, причем дополнительные щетки выполнены из смеси, содержащей дисульфид молибдена 80-95% и нетокопроводящее связующее - остальное - до 100% от массы смеси (авт.свид. СССР №1815710, кл. H01R 39/00).The closest in technical essence and the achieved result is a brush-collector assembly containing a collector, bipolar collector brushes installed in diametrically opposite brush holders, and additional brushes, characterized in that in order to reduce wear on the collector and additional brushes, additional brushes are installed spring-loaded in additional introduced brush holders between bipolar collector brushes on each collector track, the length of each additional brush is equal to the length collector brushes, and the width is chosen greater than the insulation thickness between the collector plates, and additional brushes are made of a mixture containing molybdenum disulfide 80-95% and a non-conductive binder - the rest is up to 100% by weight of the mixture (ed. certificate USSR No. 1815710, cl. H01R 39/00).

К недостаткам этого щеточно-коллекторного узла можно отнести усложнение конструкции из-за введения дополнительных щеткодержателей, невозможность применения дополнительной щетки в случае, когда микро температура в зоне контакта токопроводящая щетка-коллектор превышает 400°С и пленка дисульфида молибдена переходит в оксид, обладающий абразивными свойствами, увеличивая износ как токопроводящих, так и дополнительных щеток.The disadvantages of this brush-collector assembly include the complication of construction due to the introduction of additional brush holders, the inability to use an additional brush in the case when the micro temperature in the contact zone of the conductive brush collector exceeds 400 ° C and the molybdenum disulfide film transforms to oxide having abrasive properties , increasing wear of both conductive and additional brushes.

Технической задачей предлагаемой модели является снижение износа токосъемных щеток за счет ускорения процесса образования на поверхности коллектора политурной пленки.The technical task of the proposed model is to reduce wear on the collector brushes due to the acceleration of the process of formation on the surface of the collector of a varnish film.

Техническая задача достигается тем, что щеточно-коллекторный узел, содержит коллектор, разнополярные токосъемные щетки, политурообразующие щетки, обладающие высокой скоростью образования политурной пленки, которые установлены на рабочие дорожки токосъемных щеток таким образом, что участвуют в процессе токопередачи, удельное электрическое сопротивление угольного столба их имеет значение, не допускающее их перегрузку рабочим током, а количество выбирается из условий равного токораспределения по щеточным пальцам и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе.The technical problem is achieved by the fact that the brush-collector assembly contains a collector, bipolar collector brushes, polyster-forming brushes having a high polythene film formation rate, which are installed on the working paths of the collector brushes in such a way that they participate in the current transfer process, the electrical resistivity of their carbon column it matters not allowing them to be overloaded with a working current, and the number is selected from the conditions of equal current distribution over the brush fingers and the required speed and forming politurnoy film on the collector.

Предложенная конструкция поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема расположения токосъемных и политурообразующих щеток на коллекторе.The proposed design is illustrated by drawings. Figure 1 shows the location of the collector and polituroobrazuyuschie brushes on the collector.

Предлагаемая конструкция щеточно-коллекторного узла (фиг.1) содержит коллектор 1, токосъемные щетки 2, политурообразующие щетки 3, установленные на рабочие дорожки токосъемных щеток 2.The proposed design of the brush-collector site (figure 1) contains a collector 1, collector brushes 2, polituroobrazovye brushes 3 mounted on the working paths of collector brushes 2.

Работает устройство следующим образом. При вращении коллектора 1 рабочий ток будет проходить как по токоведущим щеткам 2, так и по политурообразующим щеткам 3. Политурообразующие щетки 3, установленные на одной дорожке с токосъемными щетками 2, ускоряют процесс образования политурной пленки. Количество политурообразующих щеток 3 подбирается опытным путем из условий равного токораспределения по щеточным пальцам (не показаны) и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе.The device operates as follows. When the collector 1 rotates, the working current will pass both through the current-carrying brushes 2 and along the polishing brushes 3. The polishing brushes 3 installed on the same track with the current-collecting brushes 2 accelerate the formation of the polythene film. The number of polishing brushes 3 is selected empirically from the conditions of equal current distribution over the brush fingers (not shown) and the necessary speed of formation of the varnish film on the collector.

У электрических машин, работающих в режимах, нарушающих политурную пленку (например, стартерный режим, которому в большинстве случаев сопутствует интенсивное искрение по переходным процессам наброса - сброса нагрузки) на каждую рабочую дорожку коллектора вместо токосъемных щеток устанавливается одна или несколько политурообразующих щеток, щеток обладающих повышенной скоростью формирования политурной пленки. Такими, как показали наши исследования являются щетки марок ЭГ-74, ЭГ-61, ЭГ-4 [А.И.Изотов, Г.А.Мамаев, Н.А.Головин, С. В.Никулин, В.А.Шабардин «Снижение износов щеток специального генератора» Всероссийская научно-техническая конференция «Наука-производство-технология-экология». Киров, 2007 г. с.278-282.]. Количество политурообразующих щеток выбирается из условий равного токораспределения по щеточным пальцам и необходимой скорости формирования политурной пленки на коллекторе. Политурообразующие щетки включены в схему токопередачи, их марка подбирается из условия, чтобы удельное сопротивление угольного столба было больше либо равно сопротивлению штатных щеток для исключения их перегрузки рабочим током. Для определения времени t и скорости V формирования политурной пленки (, где R - конечное сопротивление политурной пленки за время t) машина, оборудованная политурообразующими щетками включается под рабочую нагрузку с замером через определенные промежутки времени усредненного значения сопротивления политурной пленки на коллекторе и определяется время и скорость формирования пленки [А.И.Изотов, В.А.Шабардин, С.А.Изотов и др. «Способ определения времени формирования политурной пленки на коллекторе электрической машины» МКИ⁵ H01R 30 00 А.С.№1468346, 1988 г.]. Методика замера сопротивления политурной пленки состоит в том, что в два щеткодержателя устанавливаются фальшщетки 1 (фиг.2) из текстолита, в которых вмонтированы электроды 2. На щетки 1 создается давление штатными пружинами. И электронным омметром замеряется суммарное сопротивление политурной пленки на двух дорожках коллекторной пластины (перед началом измерений определяется сопротивление подводящих проводов и перехода контактных стержней путем их замыкания). Сопротивление пленки коллектора определяется как среднее арифметическое значение сопротивления всех пластин.For electric machines operating in modes that violate the polyurethane film (for example, the starter mode, which in most cases is accompanied by intense arcing due to transient processes of surge - load shedding), instead of collector brushes, one or more polishing brushes are installed on each working path of the collector, brushes with increased the speed of formation of the varnish film. As our studies have shown, brushes of the EG-74, EG-61, and EG-4 brands [A.I. Izotov, G.A. Mamaev, N.A. Golovin, S.V. Nikulin, V.A. Shabardin "Reducing the wear of the brushes of a special generator" All-Russian Scientific and Technical Conference "Science-Production-Technology-Ecology". Kirov, 2007, p. 278-282.]. The number of polystyrene-forming brushes is selected from the conditions of equal current distribution over the brush fingers and the necessary speed of formation of the polythene film on the collector. The polishing brushes are included in the current transfer scheme, their brand is selected so that the specific resistance of the carbon column is greater than or equal to the resistance of regular brushes to prevent them from overloading with operating current. To determine the time t and speed V of the formation of the varnish film ( , where R is the final resistance of the varnish film over time t) a machine equipped with polystyrene-forming brushes is turned on under a workload with measuring at certain intervals the average value of the resistance of the varnish film on the collector and the time and speed of film formation are determined [A.I. Izotov, V. A. Shabardin, S. A. Izotov and others. "Method for determining the time of formation of a polyurethane film on the collector of an electric machine" MKI ⁵ H01R 30 00 A.S. No. 1468346, 1988]. The technique of measuring the resistance of the varnish film consists in the fact that in the two brush holders are installed fake brushes 1 (figure 2) from the PCB, in which the electrodes are mounted 2. The brushes 1 are pressurized with regular springs. And with an electronic ohmmeter, the total resistance of the varnish film is measured on two tracks of the collector plate (before the start of measurements, the resistance of the lead wires and the transition of the contact rods is determined by closing them). Resistance of the collector film is defined as the arithmetic mean value of the resistance of all the plates.

По результатам испытания выбираются марка и количество политурообазующих щеток, обеспечивающее более быстрое формирование политурной пленки на коллекторе.According to the test results, the brand and the number of polystyrene base brushes are selected, which ensures faster formation of a varnish film on the collector.

Предложенный способ был апробирован на двух генераторах авиационного исполнения ГС-12ТОК, которые используются на ряде летательных объектов (например АН-124) в виде стартеров для запуска силовых установок (тип ТА-12). На генераторах используются щетки МГС-7И. Генераторы работают по режиму: несколько запусков и затем работа в обесточенном состоянии. За счет искрения во время переходных процессов наброса-сброса нагрузки, происходит нарушение политурной пленки, которая очень медленно восстанавливается при работе в обесточенном состоянии в связи с чем и наблюдается повышенный износ щеток (в случае работы генератора с номинальной токовой нагрузкой повышенный износ щеток отсутствует). Проведенные нами работы по оценке политурообразующих свойств большого количества отечественных щеток позволили выделить 3 марки щеток: ЭГ-61, ЭГ-74 и ЭГ-4, обладающих способностью ускоренного образования политурной пленки.The proposed method was tested on two aircraft-powered generators GS-12TOK, which are used on a number of aircraft (for example, AN-124) in the form of starters for starting power plants (type TA-12). MGS-7I brushes are used on generators. Generators work according to the mode: several starts and then work in a de-energized state. Due to sparking during transient processes of load surge-discharge, a varnish of the film occurs, which is very slowly restored during operation without current, and therefore there is increased brush wear (in the case of a generator with a rated current load, there is no increased brush wear). Our work on the assessment of the poly-forming properties of a large number of domestic brushes allowed us to distinguish 3 brands of brushes: EG-61, EG-74 and EG-4, which have the ability to accelerate the formation of a varnish film.

Оценка способности этих щеток в сочетании со щетками МГС-7И ускорять процесс образования политурной пленки проводилась на 2 генераторах ГС-12ТОК. Вначале был исследован процесс образования политурной пленки в случае, когда на коллекторе стояли щетки МГС-7И. Каждый исследовательский цикл включал 3 запуска и 10 час.работы в обесточенном состоянии. В конце каждого цикла измерялось сопротивление политурной пленки. В дальнейшем политурная пленка на генераторах была снята на станке и вместо 6 штатных щеток установлены политурообразующие (ЭГ-61 и ЭГ-74) (по 2 на каждой дорожке) (Фиг.1) и проведены аналогичные испытания. Результаты испытаний представлены на Фиг.3. Как следует из полученных данных, применение политурообразующих щеток позволяет значительно ускорить процесс образования политурной пленки.Evaluation of the ability of these brushes in combination with MGS-7I brushes to accelerate the formation of a varnish film was carried out on 2 GS-12TOK generators. Initially, the process of formation of a varnish film was investigated in the case when MGS-7I brushes were on the collector. Each research cycle included 3 starts and 10 hours of work in a de-energized state. At the end of each cycle, the resistance of the varnish film was measured. Subsequently, the varnish film on the generators was removed on the machine and instead of 6 full-time brushes, poly-forming (EG-61 and EG-74) were installed (2 on each track) (Figure 1) and similar tests were carried out. The test results are presented in figure 3. As follows from the data obtained, the use of polishing brushes can significantly accelerate the process of formation of a varnish film.

В настоящее время политурообразующие щетки ЭГ-61 установлены на генераторе ГС-12ТОК (объект АН-124) и прошли летные испытания на ЗАО АК «Полет» г.Ульяновск. В соответствии с результатами испытаний, применение политурообразующих щеток позволило в 2 раза уменьшить износ штатных щеток (износ политурообразующих щеток меньше чем штатных). Рабочие характеристики генератора соответствуют ТУ на поставку генератора.At present, the EG-61 polystyrene-forming brushes are installed on the GS-12TOK generator (object AN-124) and have passed flight tests at ZAO Polet, Ulyanovsk. In accordance with the test results, the use of polishing brushes made it possible to halve the wear of regular brushes (the wear of polishing brushes is less than regular). The operating characteristics of the generator correspond to the specifications for the supply of the generator.

На фиг.4 показано расположение политурообразующих щеток ЭГ-61 (3) в сочетании со щетками МГС-7И (2) на коллекторе (1) генератора ГС-12ТОК проходившем ресурсные стендовые испытания на вспомогательном газотурбинном двигателе ТА-12(А). Генератор работал только в пусковом режиме без режима холостого хода. Наработка генератора составляла 8250 запусков. После моторных испытаний сопротивление политурной пленки увеличилось. Суммарное сопротивление политурной пленки на первой и второй дорожке составило 0,207 Ом, на второй и третей 0,254 Ом - большему числу политурообразующих щеток соответствует большее сопротивление политурной пленки (сопротивление политурной пленки до моторных испытаний было равно 0,1 Ом.Figure 4 shows the location of the EG-61 polystyrene-forming brushes (3) in combination with the MGS-7I brushes (2) on the collector (1) of the GS-12TOK generator, which passed the bench life tests on the auxiliary TA-12 gas turbine engine (A). The generator worked only in starting mode without idling. The operating time of the generator was 8250 starts. After motor tests, the resistance of the varnish film increased. The total resistance of the varnish film on the first and second tracks was 0.207 Ohms, on the second and third paths 0.254 Ohms - the greater the number of varnish-forming brushes corresponds to the higher resistance of the varnish film (the resistance of the varnish film before motor tests was 0.1 Ohm.

Таким образом, поставленная техническая задача достигнута.Thus, the technical task is achieved.

Claims

Brush-collector assembly of an electric machine, containing a collector, bipolar collector brushes, characterized in that it contains polystyrene brushes having a high polythene film formation rate, which are installed on the working paths of the collector brushes in such a way that they participate in the current transfer process, the electrical resistivity of the carbon column they have a value that does not allow them to be overloaded with a working current, and the number is selected from the conditions of equal current distribution over the brush fingers and Qdim politurnoy film formation speed on the collector.