Щетки и щеткодержатели
Щетки служат для передачи тока от вращающихся пластин коллектора к неподвижным частям электродвигателя и обратно. Надежно работают только прессованные щетки из графитовых и угольных порошков. Щетки в виде медных пластинок, прилегающих к пластинам коллектора, быстро перегорают сами и сильно изнашивают пластины коллектора.
Щетки бывают квадратного или прямоугольного сечения. Щетки требуемых размеров можно выпилить лобзиком или выточить из сработанных щеток более крупных электрических машин, которые после износа выбрасывают. Для некоторых электродвигателей и генераторов, например для автомобильных генераторов, электродвигателей пылесосов и т. п., запасные щетки продаются в магазинах. Для торцевого коллектора рабочую поверхность щетки, прилегающую к коллектору, надо притереть шкуркой. Сложнее обстоит дело при цилиндрическом коллекторе. У него рабочая поверхность щетки должна быть вогнутой. Этого можно добиться, если приставить ее к вращающемуся цилиндру с шероховатой поверхностью, диаметр которого равен диаметру коллектора. Обычно для этой цели применяют деревянный барабан, оклеенный стеклянной шкуркой мелких номеров.
Щетки должны прижиматься к коллектору. Для этого служат щеткодержатели. Щеткодержатель электродвигателя заводского изготовления состоит из латунной втулки с квадратным отверстием, в которое вставлена щетка 9. Латунная втулка спрессована пластмассой 7, которая изолирует ее от корпуса электродвигателя 10. Над щеткой помещается спиральная пружина из тонкой проволоки. Сверху на трубку навинчен колпачок о, который удерживает щетку и пружинку от выпадения из трубки. Щеткодержатель запрессовывается в стенку корпуса электродвигателя. В двухполюсном электродвигателе должны быть два щеткодержателя со щетками. Щеткодержатели должны быть изолированы друг от друга и от корпуса электродвигателя. Для отвода тока к щеткодержателю должен быть привинчен или припаян изолированный проводник.
Для самодельного электродвигателя можно предложить более простую конструкцию щеткодержателя, показанную на рис. 13. Щеткодержатель состоит из двух медных или латунных пластинок, из которых одна 1 — плоская, а другая 2 — изогнутая. Она и образует окно для щетки прямоугольного сечения. Щеткодержатели привинчены винтами 3 к траверсе 4, выточенной из гетинакса или текстолита. На один из винтов надета пружина 5, которая прижимает щетку к коллектору. Под головку другого винта зажимается провод, отводящий ток от щетки.
Рис. 13. Траверса со щеткодержателями.
Траверса 4 прикрепляется двумя винтами к передней крышке электродвигателя. Для винтов сделаны продолговатые прорези 6. Благодаря этому при испытании электродвигателя можно передвигать щетки по окружности коллектора и наблюдать, в каком положении они будут меньше искрить. В этом положении траверсу закрепляют на крышке винтами.
Виды и сферы применения щеткодержателей для элетродвигателей
Щёткодержатель – это элемент, который изготовлен из металла. Его составляющими являются пружина с курком, а также основание. Применяются щеткодержатели для того, чтобы держать щётки электрического типа и создавать нажимное усилие на поверхность машины электрического типа.
Зазоры, которые имеются между нижней кромкой обоймы и поверхностью коллектора должны составлять не более 2 миллиметров. В противном случае это может быть чревато нарушением стабильности действия щёточного контакта. А вот если зазор будет менее 1,5 миллиметров, то притирка щётки по коллектору будет затруднённой.
Для машин электрических реверсивного типа центральная ось обоймы держателя радиального вида после того, как она будет закреплена, должна в обязательном порядке совпадать с вектором единичного типа, который к касательной коллектора размещён перпендикулярно.
А вот когда машина не реверсивного типа, то допустимо небольшое отклонение от нормали центральной оси обоймы. При этом отклонение не должно быть более 1/6 от ширины щётки.
Чтобы проверить правильность монтажа держателя щёток, следует на него поставить новую электрическую щётку, а контактную поверхность натереть мелом. После того, как коллектор осуществит 2 поворота, должен остаться след от мела на поверхности скольжения.
Именно по следу и определяется правильность монтажа держателя для электрощёток. Для радиальных щёткодержателей подобная проверка является очень важной. Если же щёткодержатель установить неправильно, то это может быть чревато быстрым изнашиванием щёточек.
На тех электрических двигателях, куда монтируется более двух щёткодержателей на бракетах, следует в обязательном порядке проверять, насколько параллельно установлены сбегающиеся и небегающие стенки обоймы относительно кромки пластины коллектора. Размещать щёткодержатели следует по окружности коллектора параллельно.
Можно считать расстановку щёткодержателей и бракетов правильной лишь в том случае, когда разница между самым маленьким и самым большим расстоянием для габаритных машин электрического типа будет менее 0,5%, а вот для двигателей электрического типа – до 2%.
Чтобы предотвратить на коллекторе возникновение кольцевых выработок по дорожке щёточной, нужно монтировать щёткодержатели с незначительным отклонением в аксиальном направлении. Производить смещение щёткодержателя рекомендовано таким образом, чтобы каждый из следов на коллекторе был образован одинаковым количеством отрицательных и положительных щёток электрического типа.
Состав и типы держателей электрических щёток
- Головка нажимного типа предназначается для нажатия на щётку электрического типа.
- Амортизаторы используются для того, чтобы вибрацию сделать меньшей.
- Стойка применяется для удерживания на электрощётку центрального давления.
- Курок и рычаг на щётку производит передачу давления пружины.
- Пружина нажимного типа в щёткодержателе необходима для того, чтобы на щётку создавать определённую нагрузку.
- Крепёжный элемент необходим для присоединения держателя к траверсе, пальцу или же бракету. Для этой цели зачастую используют гайки с болтами.
- Обойма используется для того, чтобы щёткодержатель смог закрепить в себя щётку.
Щёткодержатели могут быть распределены на такие типы, как подвижный (П), двойной (Д), цилиндрический (Ц), тандем (Тн – включает наклонный и радиальный тип), наклонные (Н), Радиальный (Р). Все они в современном мире нашли широкое применение.
Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав
Щетки и щеткодержатели. Через щетки, установленные в щеткодержателях, электрический ток подводится к обмотке якоря тягового двигателя.
Щетки для тяговых двигателей изготовляют из графита, получаемого при нагреве в электрической печи сажи, кокса, антрацита. Такие щетки называют электрографитизированными. Изготовляя их, стремятся к тому, чтобы они имели высокое переходное сопротивление, низкий коэффициент трения, были упругими, износоустойчивыми.
Одна щетка обычно перекрывает несколько коллекторных пластин, что ухудшает коммутацию (объяснение этого термина дано на с. 40) двигателей. Однако если щетки и коллекторные пластины выполнить равными по ширине, то щетки получились бы очень тонкими и хрупкими. Кроме того, при прохождении большого тока необходимо обеспечить достаточную поверхность контакта между щетками и коллектором. Поэтому, чтобы получить необходимую площадь рабочей поверхности щеток при небольшой их ширине, пришлось бы щетку удлинить, а это привело бы к удлинению коллектора. Размеры же двигателя ограничены габаритом электровоза, и увеличение длины коллектора вызвало бы необходимость уменьшить длину сердечника якоря и проводников обмотки, что в свою очередь привело бы к снижению мощности двигателя.
Щеткодержатель (рис. 19) состоит из корпуса и кронштейна, корпус соединяют с кронштейном болтом. Для более надежного крепления и лучшего электрического контакта соприкасающиеся поверхности кронштейна и корпуса сделаны рифлеными. Щеткодержатели должны быть надежно изолированы от остова двигателя. Поэтому их кронштейны крепят к остову или подшипниковым щитам с помощью изоляторов.
Щетки прижаты к поверхности коллектора пальцами, соединенными с пружинами. Для улучшения контакта между щетками и коллектором применяют составные (разрезные) щетки.
Рис. 19. Щеткодержатель тягового двигателя
Остов. У тягового двигателя остов (рис. 20) одновременно служит магнитопроводом, к нему крепят главные и дополнительные полюса. Остов (ярмо) должен оказывать минимальное сопротивление прохождению магнитного потока, поэтому его изготовляют из стали, обладающей хорошими магнитными свойствами.
В магнитной системе тяговых двигателей, установленных на электровозах переменного тока, пульсирующий выпрямленный ток вызывает дополнительные потери. Чтобы снизить их, в массивный остов часто впрессовывают вставку, набранную, подобно якорю, из отдельных листов.
Рис. 20. Остов тягового двигателя
На электровозах с опорно-осевым подвешиванием остову в поперечном сечении придавали почти квадратное очертание с несколько срезанными углами. Такая форма позволяла уменьшить размеры двигателя, что важно для размещения его на электровозе. Стремление к непрерывному снижению массы тяговых двигателей привело к применению остовов цилиндрической формы. К остову крепят главные и дополнительные полюса, щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь электродвигателя, и другие детали; предусмотрены в остове люки для подвода и отвода охлаждающего воздуха. Остов имеет горловины, через которые в него устанавливают полюса, якорь и другие детали. В процессе эксплуатации электровоза приходится периодически проверять состояние коллектора и щеточного аппарата. Для этого в остове имеются смотровые люки, герметично закрываемые крышками.
Рис. 21. Сердечник главных полюсов тяговых двигателей: а — некомпенсированного; б — компенсированного
Подшипниковые щиты. Ими плотно закрывают торцовые горловины остова с обеих сторон. Концы вала якоря закрепляют в подшипниках, размещенных в щитах. Поэтому щиты называют подшипниковыми. В современных тяговых двигателях применяют только роликовые подшипники качения, более надежные, чем шариковые и подшипники трения скольжения. Роликовые подшипники не требуют частого пополнения смазки и постоянного ухода.
При вращении вала тягового двигателя смазка может выбрасываться из подшипников. Чтобы избежать этого, на валу устанавливают специальные устройства, предупреждающие разбрызгивание и выбрасывание смазки-лабиринтные маслоуплотнители. Подшипниковые щиты предотвращают загрязнение частей двигателя и проникновение в него влаги.
Главные полюса. Они представляют собой сердечники, на которые надевают катушки обмотки возбуждения. Сердечники главных полюсов, как и якоря, собирают из отдельных листов стали. Зачем это делают? По катушке сердечника проходит постоянный магнитный поток, а сам сердечник неподвижен и, следовательно, вихревые токи в нем возникнуть не могут. Все это было бы так, если бы якорь имел гладкую поверхность. В действительности зубцы и впадины его сердечника, перемещаясь при вращении под полюсами, искажают магнитное поле и вызывают пульсацию магнитного потока, из-за чего в сердечнике полюса возникают вихревые токи. Вот и приходится набирать сердечник из тонких листов стали, т. е. выполнять шихтованным.
Чтобы обеспечить необходимое распределение магнитного потока по поверхности якоря, сердечнику (рис. 21, а и б) придают довольно сложную Т-образную форму: она определяется соотношением размеров ширины сердечника и его полюсного наконечника, формой воздушного зазора, наличием компенсационной обмотки, условиями размещения и закрепления ее и катушек главных полюсов, способом крепления сердечников к остову.
Тяговые двигатели электровозов постоянного тока имеют две или три пары главных полюсов, а на электровозах переменного тока — три пары полюсов.
Компенсационная обмотка, применяемая в тяговых двигателях пульсирующего тока и в мощных двигателях постоянного тока, служит для компенсации реакции якоря (см. с. 41). Обмотку располагают в пазах наконечника главных полюсов (см. рис. 21, б) и соединяют последовательно с обмоткой якоря. В отечественных тяговых двигателях применена хордовая компенсационная обмотка (рис. 22) из мягкой прямоугольной медной проволоки, выполняемая катушками, которые можно устанавливать и снимать независимо от других обмоток. Крепят компенсационную обмотку в пазах клиньями.
Дополнительные полюса. Как и главные, эти полюса состоят из сердечников и катушек. Магнитный поток, необходимый для компенсации реактивной э. д. с. (см. с. 41), сравнительно невелик, вследствие чего дополнительные полюса имеют меньшие размеры, чем главные. Потери в их сердечниках, вызываемые пульсацией магнитного потока, незначительны, поэтому сердечники изготовляют сплошными. В машинах с тяжелыми условиями коммутации, а также в двигателях пульсирующего тока для уменьшения вихревых токов эти сердечники выполняют шихтованными.
Рис. 22. Компенсационная обмотка тягового двигателя
Катушки дополнительных полюсов наматывают из полосовой меди. Число дополнительных полюсов всегда равно числу главных.
Остов, главные и дополнительные полюса образуют магнитную систему тягового двигателя. Магнитная система обеспечивает прохождение магнитного потока, его концентрацию в определенных частях двигателя.
Электрическая изоляция. Изоляция играет важную роль в обеспечении надежной работы любого электрического устройства, в том числе и двигателей.
Изоляция тяговых двигателей подвергается значительному нагреву, воздействию влаги, перенапряжений, вибрации, поэтому она должна обладать достаточной электрической и механической прочностью, быть нагрево- и влагоустойчивой. Нагревоустойчивость — один из основных показателей качества изоляции, в зависимости от нее все электроизоляционные материалы делят на классы. Класс изоляции обозначается буквами латинского алфавита. В соответствии с ГОСТ 2582-81 <Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические требования> в тяговых машинах используют изоляцию классов В, F, Н, Р.
Применение изоляции высокого класса повышает надежность тягового двигателя, позволяет при тех же размерах реализовать большую мощность, допускать более высокие температуры нагрева его частей.
Рис. 23. Изоляция секции
Где же применяют изоляцию в тяговых двигателях? Прежде всего в обмотке якоря (рис. 23): изолируют друг от друга медные провода, из которых выполнена эта обмотка,- витковая изоляция; каждую секцию изолируют от корпуса и одну от другой — корпусная изоляция. Корпусная изоляция от механических повреждений защищена покровной. Кроме того, секции, расположенные в одном пазу, имеют еще общую покровную изоляцию и прокладки, которые укладывают на дно паза, между секциями, а также между верхней секцией и клином. В катушках полюсов изолированными выполняют отдельные витки, слои витков и выводы, изолируют также всю катушку от остова двигателя.
Кронштейны щеткодержателей изолируют от корпуса двигателя с помощью фарфоровых изоляторов (см. рис. 19). Изоляцию коллекторных пластин относительно корпуса и одну от другой выполняют так, как показано на рис. 18.
для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- "Фаворит К" и "Фаворит Щ", внутренняя и наружная замывка вагонов.
Щетки и щеткодержатели
Через щетки, установленные в щеткодержателях, электрический ток подводится к обмотке якоря тягового двигателя.
Щетки для тяговых двигателей изготовляют из графита, получаемого при нагреве в электрической печи сажи, кокса, антрацита. Такие щетки называют электрографитизированными. Изготовляя их, стремятся к тому, чтобы они имели высокое переходное сопротивление, низкий коэффициент трения, были упругими, износоустойчивыми.
Одна щетка обычно перекрывает несколько коллекторных пластин, что ухудшает коммутацию (объяснение этого термина будет дано ниже) двигателей. Однако если щетки и коллекторные пластины выполнить равными по ширине, то щетки получились бы очень тонкими и хрупкими. Кроме того, при прохождении большого тока необходимо обеспечить достаточную поверхность контакта между щетками и коллектором. Поэтому, чтобы получить необходимую площадь рабочей поверхности щеток при небольшой их ширине, пришлось бы щетку удлинить, а это привело бы к удлинению коллектора. Размеры же двигателя ограничены габаритом электровоза, и увеличение длины коллектора вызвало бы необходимость уменьшить длину сердечника якоря и проводников обмотки, что в свою очередь привело бы к снижению мощности двигателя.
Щеткодержатель (рис. 19) состоит из корпуса и кронштейна, корпус соединяют с кронштейном болтом. Для более надежного крепления и лучшего электрического контакта соприкасающиеся поверхности кронштейна и корпуса сделаны рифлеными. Щеткодержатели должны быть надежно изолированы от остова двигателя. Поэтому их кронштейны крепят к остову или подшипниковым щитам с помощью изоляторов.
Щетки прижаты к поверхности коллектора пальцами, соединенными с пружинами. Для улучшения контакта между щетками и коллектором применяют составные (разрезные) щетки.
Остов
У тягового двигателя остов (рис. 20) одновременно служит магнитопроводом, к нему крепят главные и дополнительные полюса. Остов (ярмо) должен оказывать минимальное сопротивление прохождению магнитного потока, поэтому его изготовляют из стали, обладающей хорошими магнитными свойствами.
В магнитной системе тяговых двигателей, установленных на электровозах переменного тока, пульсирующий выпрямленный ток вызывает дополнительные потери. Чтобы снизить их, в массивный остов часто впрессовывают вставку, набранную, подобно якорю, из отдельных листов.
На электровозах с опорно-осевым подвешиванием остову в поперечном сечении придавали почти квадратное очертание с несколько срезанными углами. Такая форма позволяла уменьшить размеры двигателя, что важно для размещения его на электровозе. Стремление к непрерывному снижению массы тяговых двигателей привело к применению остовов цилиндрической формы. К остову крепят главные и дополнительные полюса, щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь электродвигателя, и другие детали; предусмотрены в остове люки для подвода и отвода охлаждающего воздуха. Остов имеет горловины, через которые в него устанавливают полюса, якорь и другие детали. В процессе эксплуатации электровоза приходится периодически проверять состояние коллектора и щеточного аппарата. Для этого в остове имеются смотровые люки, герметично закрываемые крышками.
Подшипниковые щиты. Ими плотно закрывают торцовые горловины остова с обеих сторон. Концы вала якоря закрепляют в подшипниках, размещенных в щитах. Поэтому щиты называют подшипниковыми. В современных тяговых двигателях применяют только роликовые подшипники качения, более надежные, чем шариковые и подшипники трения скольжения. Роликовые подшипники не требуют частого пополнения смазки и постоянного ухода.
При вращении вала тягового двигателя смазка может выбрасываться из подшипников. Чтобы избежать этого, на валу устанавливают специальные устройства, предупреждающие разбрызгивание и выбрасывание смазки — лабиринтные маслоуплотнители. Подшипниковые щиты предотвращают загрязнение частей двигателя и проникновение в него влаги.