Работа щеток с тефлоновым покрытием на коллекторных машинах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.2

П. Г. ПЕТРОВ

Омский государственный

° университет путей сообщения

0

РАБОТА ЩЕТОК С ТЕФЛОНОВЫМ ПОКРЫТИЕМ

1 НА КОЛЛЕКТОРНЫХ МАШИНАХ

-

о В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований работы инно-

о вационных щеток с тефлоновым покрытием на коллекторах машин постоянного тока;

отмечается некоторое улучшение условий коммутации. При этом выявлены некоторые замечания технологического плана.

Ключевые слова: щетка, коммутация, безыскровая зона, коллектор, тефлон, вольт-амперная характеристика.

Одним из способов улучшения токосъема, уменьшения износа щеток и повышения их стабильности в работе является применение тефлона. Особенностью этого материала, отличающей его от других полимеров, является устойчивость к температурам, практически ко всем химически агрессивным средам, к свету, погодным условиям, к горячему водяному пару. Тефлон характеризуется высокой антифрикционной способностью, он не горюч и не гигроскопичен, обладает хорошими диэлектрическими свойствами. При этом у тефлона низкая износостойкость и плохая склеивающая способность.

Тем не менее на данный момент разработана технология нанесения тефлона на щеточный материал и щеткодержатели и осуществлена на экспериментальных щетках [1].

Были проведены экспериментальные исследования инновационных щеток. Изучалось влияние теф-лонового покрытия на вольт-амперные характеристики щеточного контакта (ВАХ). Также исследовались коммутационные свойства щеток при работе на коллекторе.

Исследования показали, что применение тефло-нового покрытия положительно воздействует на работу щеток коллекторных электрических машин. Но нет четкого объяснения механизма влияния тефлона на работу коллекторно-щеточного узла.

Условия токосъема в основном определяются процессом коммутации, который определяется характером ВАХ. Были проведены исследования ВАХ металлографитных щеток Н7 и электрографитиро-ванных щеток ЭГ-54 с покрытием из тефлона на сбегающем крае и без него при различных скоростях вращения коллектора и температурах щеточного контакта.

На рис. 1 приведены ВАХ для щеток с тефлоном и без него (добавление буквы Т к марке щетки указывает покрытие тефлоном).

При теоретических исследованиях коммутации свойства щеточного контакта учитываются на основе ВАХ щеток. Более высокая коммутирующая способность у тех щеток, которые обеспечивают большие значения падения напряжения при высоких плотностях тока на сбегающем крае щетки.

Рис. 1. ВАХ катодных щеток при Ь = 50 °С и п = 1500 об./мин

1.5 В 1

0.Т5 0.5 0.25 о

ЭГ-54 ЭГ-54-Т

0.5' Ом-сы^. 0.3 ■ 0.2' 0.1 '

ЭГ-54 ЭГ-54-Т

0.5

Омсы;

1 0,3

0,2

0.1

0

* Н7 Н7-Т /

*

_1_

12 3 12

Рис. 2. Диаграммы значений падения напряжения и сопротивлений катодных щеток

2

- | |1—1 -

1 ---*

ч - 1 ' -—

10

15

20

25

30

35

40

Рис. 3. Расчетные безыскровые зоны

Важное значение для исследования коммутационного процесса имеют величина падения напряжения в контакте и крутизна начальной части ВАХ. Поэтому в качестве сравнительной оценки характеристик для различных условий эксперимента приняты параметры А и и г .

^ ^ щн щ

Для удобства и наглядности сравнения параметров щеток на основе полученных ВАХ были построены диаграммы значений падения напряжения Аищн и величин сопротивления гщ анодных и катодных щеток при различных температурах контакта. Пример таких диаграмм приведен на рис. 2 (1—30 °С, 2 — 50 °С, 3 — 80 °С), из которого видно, что нанесение тефлона на сбегающий край щетки оказывает определенное влияние на их вольт-амперные характеристики.

Колебание значений падения напряжения обусловлено не только механическими факторами работы коллекторно-щеточного узла, но и неоднородностью структуры политуры.

Для количественной оценки и сравнения коммутационных свойств машин постоянного тока применяется метод безыскровых зон. При оценке влияние тефлонового покрытия на коммутирующие способности щеток, использовалось математическое описание зон безыскровой работы машины постоянного тока на стадии ее проектирования с использованием

аппроксимации ВАХ щеточного контакта Аи =

=А.агс1д(,В7); Аи=(81дц)(ОА+*/) [2].

Для этого построены безыскровые зоны (рис. 3) с использованием ВАХ щеток ЭГ-54 (1) и ЭГ-54-Т (2) для следующих условий: напряжение секции ис = = 0,65 В, ЭДС самоиндукции секции Еь= 1,5 В, напряжение срезки иср = 2,8 В, номинальный ток якоря

¡ан = 20 А.

Из рис. 3 видно, что теоретическая безыскровая зона, построенная на основании ВАХ щетки с теф-лоновым покрытием, шире, чем зона для той же щетки, но без него. На основании этого можно сделать вывод, что коммутационная устойчивость электрической машины, работающей с тефлоновыми щетками, выше, чем со стандартными.

Для оценки влияния щеток с тефлоновым покрытием на токосъем, кроме анализа ВАХ, были получены реальные безыскровые зоны [3]. В эксперименте использовались щетки ЭГ-74 и ЭГ-74-Т (с тефлоновым покрытием). Для данного исследования была использована установка со следующими параметрами: Рн = 4 кВт; ин = 220 В; п = 1500 об./мин; 1н = 22 А (рис. 4).

На машине были установлены четыре щетки, две положительных и две отрицательных, на одной из которых установлен датчик искрения (Д). Сигнал с этого датчика подается на индикатор искрения, где

Рис. 4. Схема для снятия области безыскровой работы

Рис. 5. Схема расположения щеток на испытательной установке

Рис. 6. Область безыскровой работы машины: 1 — щетки с тефлоном; 2 — щетки без тефлона

он обрабатывается, и фиксируется уровень искрения на щетке машины как от недо-, так и от перекоммутации (рис. 5). Все испытания проводились в режиме генератора при одной температуре коллектора í = 35^40 °С, частоте вращения п = 1380 об./мин.

Для оценки влияния тефлона на безыскровые зоны были проведены исследования при различных комбинациях щеток: комплект стандартных щеток; половина комплекта стандартных щеток; комплект щеток с тефлоновым покрытием; половина комплекта щеток с тефлоновым покрытием; половина комплекта стандартных щеток и половина с тефло-новым покрытием; комплект стандартных щеток и тефлоновая фальш-щетка; половина комплекта стандартных щеток и тефлоновая фальш-щетка.

Использование половины комплекта стандартных щеток с половиной щеток с тефлоновым покрытием на сбегающем крае, а также дополнительной фальш-щетки из тефлона заметных изменений в безыскровые зоны и на работу машины в целом не внесли. При замене же комплекта стандартных щеток на комплект щеток с тефлоновым покрытием безыскровая зона работы машины получилась более широкая (рис. 6). Эксперименты повторялись неоднократно с разнесением по времени.

В результате полученного опыта в этих экспериментах были отмечены некоторые особенности: нанесение тефлона на сбегающую грань щетки, кроме ее сужения, приводит к смещению положения щеток на геометрической нейтрали. В соответствии с этим приходилось устанавливать датчик искрения на краю фактической щетки, то есть смещать на толщину тефлона от сбегающего края. Также было отмечено, что при значительном искрении происходит подгорание края щетки с отделением тефлона.

При анализе многочисленного экспериментального материала исследования щеток с новым скользящим контактом — тефлоновым покрытием на сбегающем крае получены определенные обобщающие выводы, основанные на принципе сравнения работы щеток с тефлоновым покрытием и без него при одних и тех же условиях.

Щетки с тефлоновым покрытием имеют несколько большие значения падения напряжения при номинальной плотности тока и обладают большим значением сопротивления.

Установка комплекта щеток с тефлоновым покрытием вместо стандартных щеток приводит к некоторому увеличению коммутационной устойчивости работы испытуемой машины.

Одним из недостатков щеток с тефлоновым покрытием на сбегающем крае является несовершенная технология нанесения тефлона на щетку. При температурах контакта выше 100 °С тефлон отслаивается от щетки. Отслоение тефлона от щетки возможно и при притирке щеток к коллектору.

Проведенные экспериментальные исследования не позволили раскрыть механизм воздействия тефлона на формирование политуры коллектора. Для этого требуются специальные исследования. Однако, учитывая, что тефлон является изоляционным материалом с износными характеристиками, близкими к щеточному материалу, можно предположить, что в данном случае тефлон играет роль легкого абразивного материала, который удаляет с поверхности коллектора продукты износа щеточного материала, тем самым повышает падение напряжения в контакте.

Результаты исследований подтверждают эффективность применения тефлона. Планируется, при имеющихся общих положительных результатах,

продолжить исследования по следующим направлениям: дальнейшее совершенствование технологии нанесения тефлона на поверхность щеточного материала; проведение эксплуатационных испытаний щеток с тефлоновым покрытием на коллекторных машинах постоянного тока на предмет их коммутационной устойчивости и износных характеристик.

Омск : ОмГУПС, 2007.

Вып. 8.

ст. аспирантов ун-та. С. 128-133.

3. Авилов, В. Д. К вопросу об использовании тефлона при работе щеток электрических машин / В. Д. Авилов, П. Г. Петров // Проблемы и достижения в промышленной энергетике : материалы 8-й науч.-техн. конф. с междунар. участием. — Екатеринбург, 2008. — С. 104—107.

Библиографический список

1. Chmelik K. Kluzny kontakt v elektrickych strojich / K. Chmelik, F. Veselka. — Ostrava : KEY Publishing s. r. o., 2007. - 256 р.

2. Петров, П. Г. Совершенствование технологии анализа вольт-амперных характеристик щеточного контакта электрических машин / П. Г. Петров, А. Г. Бородулин // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта : сб. науч.

ПЕТРОВ Павел Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры электрических машин и общей электротехники.

Адрес для переписки: [email protected], [email protected]

Статья поступила в редакцию 21.03.2015 г. © П. Г. Петров

УДК 621.316.1 Е. А. ТРЕТЬЯКОВ

Омский государственный университет путей сообщения

РЕГУЛИРОВАНИЕ

ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Как известно, повышение энергоэффективности системы электроснабжения железных дорог может достигаться на основе измерений информативных параметров и реализации согласованных управляющих воздействий на исполнительные устройства регуляторов, позволяющие обеспечить заданные показатели надежности, качества электроэнергии и уровня потерь в реальном режиме времени. Решение комплекса вопросов, связанных с регулированием параметров режима в системе электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог для повышения экономичности и надежности передачи и распределения электроэнергии, представляется весьма актуальным. Предложены и реализованы на модели методы интеллектуального управления режимами в системе электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог, обеспечивающие повышение надежности, качества электрической энергии и снижения потерь.

Ключевые слова: система электроснабжения, нетяговые потребители, регулирование параметров режима, координация управляющих воздействий, интеллектуальный регулятор.

Постановка задачи. Электроснабжение нетяговых потребителей крупных железнодорожных станций и узлов (объекты инфраструктуры, в том числе локомотивного и вагонного хозяйства, культурно-бытовые объекты, сторонние потребители и др.) осуществляется непосредственно от подстанций электроэнергетических систем 110/6(10)/0,4 кВ или от тяговых подстанций 220 (110)/35/10 кВ. Электроснабжение нетяговых железнодорожных потребителей, расположенных на железнодорожных перегонах и железнодорожных станциях, находящихся на меж-подстанционных зонах (освещение промежуточных станций, остановочных пунктов, линейно-путевых зданий, устройств автоблокировки и др.), осуществляется, как правило, от линий продольного электроснабжения 6, 10, 35 кВ или от районных электросетей.

В настоящее время основой управления параметрами режима системы электроснабжения железных

дорог является оперативно-диспетчерское управление переключениями, выполняемое персоналом.

Между тем повышение энергоэффективности системы электроснабжения железных дорог может достигаться на основе измерений информативных параметров и реализации согласованных управляющих воздействий на исполнительные устройства объектов системы электроснабжения железных дорог, позволяющие обеспечить заданные показатели надежности, качества электроэнергии и уровня потерь в реальном режиме времени.

Режим работы сети характеризуется рядом параметров, которые можно изменять (регулировать). К их числу относятся активные и реактивные нагрузки потребителей (линий), нагрузки и ток линий тяговой и распределительной сети, напряжение в узлах электрической сети, уровень искажений напряжений.

Ряд авторов [1] применительно к управлению режимами системы тягового электроснабжения,