Как устанавливаются щетки на коллекторе машины постоянного тока
Установка щёток и траверсы у машин постоянного тока, Уход за коллектором и щётками
Страницы работы
Содержание работы
Министерство образования РФ
Вятский государственный технический университет
Кафедра электрических машин и аппаратов
Отчёт по лабораторной работе № 1
по курсу: “Ремонт и эксплуатация ЭМ”
Установка щёток и траверсы у машин постоянного тока. Уход за коллектором и щётками.
Выполнил: студент гр. ЭМ52
Проверил: Кудрявцев О.К.
Цель работы: изучение способов установки щёток и траверсы у машин постоянного тока.
1. Разборка и сборка машины постоянного тока.
б) открутить болты крепления подшипниковых щитов к станине;
в) снять подшипниковые щиты;
д) снять подшипники;
е) открутить болты крепления главных и дополнительных полюсов к станине;
ё) снять главные и дополнительные полюса.
Для того, чтобы основной поток не замыкался через дополнительные полюса и регулирования потока дополнительных полюсов, между дополнительными полюсами и станиной ставится немагнитная прокладка.
Сборка осуществляется в обратном порядке. После сборки проверяется плавность вращения
2. Определение давления на щётку.
Под щётку кладётся бумажка. Щётка поднимается динамометром пока не освободится бу-
мажка. Давление на щётку: 100г.
3. Определение размера воздушного зазора под главными и дополнительными полюсами.
Главные полюса: d = 1,5 мм.
Дополнительные полюса: d = 3 мм.
4. Определение параметров установки щётки.
Слабина щётки в щёткодержателе s = 0,3 мм соответствует норме. Для проверки правильной установки щёток на коллектор под щётки кладётся полоска бумаги, размеченная на равные части, соответственно количеству бракетов.
Рисунок 2 – Шахматная расстановка щёток на коллекторе
Щётки притираются стеклянной бумагой, расположенной на коллекторе шероховатой сто-
роной к щётке, перемещением бумаги вместе с коллектором.
Ремонт коллектора и щеток электрических машин постоянного тока
При работе генераторов и электродвигателей постоянного тока чисто наблюдается искрение на коллекторе, при этом на поверхности его появляются борозды, пластины подгорают. В результате коллектор и щетки быстро изнашиваются.
Искрение на коллекторе может быть вызвано неисправностями коллектора, щеток, щеткодержателей и обмоток электродвигателей.
Неисправности коллектора и их устранение
Шероховатость поверхности является наиболее распространенной неисправностью коллектора. Шероховатость поверхности коллектора возникает в результате царапин, нагара или слоя окиси на коллекторе.
Царапины наносятся твердыми частицами, попавшими на коллектор под щетки. Нагар образуется от искрения, а слой окиси на коллекторе появляется после длительного нахождения электродвигателя в местах с повышенной влажностью.
Шероховатость коллектора устраняют шлифовкой его поверхности мелкой стеклянной бумагой. Бумагу прижимают к вращающемуся коллектору специальной деревянной колодкой из твердого дерева с вырезом в ней по форме коллектора.
Выступание миканита над пластинами. Миканитовые прокладки коллектора тверже медных пластин. Поэтому в процессе работы они меньше истираются и постепенно выступают над поверхностью пластин.
Для устранения этой неисправности необходимо продорожить коллектор, т. е. удалить выступающий между пластинами миканит тонкой пилкой. При продороживании пилку надо водить по линейке, уложенной параллельно краю пластины коллектора.
После продороживания все канавки между пластинами коллектора прочищают волосяной щеткой и при помощи шабера снимают фаски с краев коллекторных пластин. После этого коллектор шлифуется и продувается сжатым воздухом.
Биение коллектора может появляться в результате: неисправности подшипника электродвигателя, неодинаковой высоты пластин коллектора, проявляющейся при некачественной сборке и неправильной центровке якоря электродвигателя.
Дли устранения биения коллектора неисправный подшипник ремонтируют или заменяют. Если биение коллектора происходит вследствие неодинаковой высоты ого пластин, то коллектор следует проточить на токарном станке до устранения биения. При неправильной центровке, вызывающей биение коллектора, якорь необходимо заново отцентрировать на специальном станке.
Неисправности щеток и их устранение
Для устранения этого угольные и графитные щетки надо пришлифовать к коллектору стеклянной бумагой. При этом следует начинать с крупных номеров стеклянной бумаги и постепенно переходить к более мелким.
Применять для пришлифовке наждачное полотно запрещается, так как наждачная пыль, забиваясь в прорези между коллекторными пластинами, замыкает их между собой.
Одностороннее прилегание щеток может быть устранено поворотом обоймы щеткодержателя или пришлифовкой их к коллектору, если обойма щеткодержателя неподвижна.
Если после устранения рассмотренных повреждений искрение на коллекторе продолжается, то причиной его могут быть повреждения обмотки якоря или полюсов машины: короткое замыкание, распайка обмотки якоря в петушках, разрыв якорного проводника, замыкание на железо. В большинстве случаев эти повреждения исправляются при капитальном ремонте машины постоянного тока.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Установка щеток и траверсы у машин постоянного тока
УСТАНОВКА ЩЕТОК И ТРАВЕРСЫ У МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. УХОД ЗА КОЛЛЕКТОРОМ, КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ И ЩЕТКАМИ
Правильное положение щеток может быть достигнуто правильной установкой траверсы и щеткодержателей. Последние нужно устанавливать на пальцах траверсы или бракетах так, чтобы ось расположения щеток была параллельна оси коллектора. Для этого нужно одинаковые щеткодержатели установить по линейке, расположенной параллельно оси коллектора.
Установка радиальных щеткодержателей не зависит от направления вращения якоря. Установка реактивных щеткодержателей (наклоненных к вертикали под углом 30—40°) зависит от направления вращения якоря. При правильной установке острый край щетки направлен против направления вращения, т. е. этот край является набегающим. На рис. 1, а показана правильная установка реактивного щеткодержателя, а на рис. 1, б — неправильная. Направление вращения в обоих случаях показано стрелкой.
Рис. 1. Правильная (а) и неправильная (б) установка реактивного щеткодержателя
Наклонные щеткодержатели (с углом наклона не более 15°) устанавливаются так, чтобы острый край щетки был направлен по вращению коллектора, т. е. острый край щетки должен быть сбегающим.
Щетки должны быть так установлены по окружности коллектора, чтобы расстояния между сбегающими краями щеток соседних бракетов траверсы были практически одинаковы. В противном случае может быть искрение под щетками, так как они замыкают накоротко витки обмотки, несколько сдвинутые с нейтрали. Для правильной установки щеток нужно на коллектор, под щетки, положить полоску бумаги, размеченную на равные части соответственно числу бракетов. Производить проверку равномерной установки щеток по окружности по числу коллекторных пластин, заключенных между сбегающими краями щеток соседних бракетов, не следует, так как это может дать ошибку. Указанным способом можно выдержать одинаковые расстояния между соседними рядами щеток с точностью ±1 мм, что является достаточным для нормальной работы машины.
Расстояние L от обоймы щеткодержателя до поверхности коллектора (рис. 2) должно составлять 2,5— 3 мм у крупных машин, 1,5—2,5 мм
Рис. 2. Расстояние от обоймы щеткодержателя до поверхности коллектора 
Рис. 3. Шахматная (а) и шахматно-ступенчатая (б) расстановка щеток на коллекторе
у машин типа ПН28,5—ПН550 и около 1 мм у машин типа ПН5—ПН 17,5.
Причиной искрения под щетками может быть повышенный зазор между щеткой и обоймой щеткодержателя или, наоборот, защемление щетки в щеткодержателе при работе. Нормальный зазор между щеткой и обоймой составляет 0,2—0,3 мм.
Так как износ коллектора под положительными и отрицательными щетками неодинаков, то, чтобы сделать его равномерным, нужно, чтобы щетки каждой лары смежных бракетов (ряд положительных и ряд отрицательных) работали друг за другом (по одному щеточному следу), а щетки следующей пары бракетов — по другому щеточному следу, сдвинутому относительно первой пары на величину а, и т. д. Расстановка щеток на коллекторе показана на рис. 3, а. Перекрытие а нужно выбрать с таким расчетом, чтобы щетки работали по всей поверхности коллектора. В многополюсных машинах щетки можно устанавливать с меньшим сдвигом, но так, чтобы полное перекрытие промежутков между щетками было достигнуто суммарным сдвигом нескольких пар бракетов. На рис. 3, б показана расстановка щеток для случая их ступенчатого расположения, применяемого иногда в крупных машинах.
При осевых сдвигах якоря щетки крайних щеткодержателей не должны свисать над выточкой в коллекторе со стороны обмотки якоря и не должны выступать за наружный край коллектора.
Нажатие на щетку, создаваемое пружиной щеткодержателя, должно соответствовать определенному удельному давлению, зависящему от марки щеток и от окружной скорости коллектора или контактных колец.
Рис. 4. Проверка нажатия щеток динамометром
Рис. 5. Схема для установки траверсы
Для уменьшения механических потерь на коллекторе или кольцах стремятся установить минимальное нажатие, при котором щетки работают без искрения. Следует также учесть, что чем больше окружная скорость, тем большим устанавливают нажатие, чтобы щетки могли следовать за всеми неровностями на поверхности коллектора или колец и удовлетворительно работали при возможных вибрациях щеткодержателей. Разница в нажатии на отдельные щетки не должна превышать 10 % среднего его значения. Проверка нажатия щеток производится динамометром (рис. 4), закрепленным за рычажок щеткодержателя, прижимающий щетку к коллектору. Значение нажатия может быть определено, если между щеткой и коллектором проложить лист бумаги и производить постепенное натяжение динамометра; показание динамометра, при котором бумага может быть легко изъята, и будет соответствовать нажатию щетки на коллектор.
Щетки машины постоянного тока должны быть установлены на нейтрали. Проверку правильного положения траверсы производят индуктивным методом при неподвижной машине, после предварительной пришлифовки щеток к коллектору. Траверсу устанавливают предварительно в таком положении, чтобы линия щеток приходилась примерно против середины главных полюсов (имеются в виду обычные обмотки с симметричными лобовыми частями). Обмотку возбуждения отключают, к ней через реостат от аккумуляторной батареи (рис. 4-5) подводят постоянный ток. Значение тока в обмотке не должно превышать примерно 5—10 % номинального, что важно для предотвращения пробоя обмотки экстратоками размыкания. К зажимам якоря присоединяют милливольтметр на 45—60 мВ с добавочным сопротивлением для напряжения 1,5—3 В (желательно с нулем посредине шкалы). Затем производят замыкание и размыкание тока возбуждения; при этом в якоре индуктируется ЭДС трансформации и стрелка прибора отклоняется в ту или другую сторону в зависимости от положения щеток. При щетках, находящихся на нейтрали, ЭДС должна быть практически равна нулю. Траверсу со щетками передвигают до тех пор, пока не будет достигнуто это положение щеток.
Лучше всего ориентироваться по показаниям прибора в момент отключения, так как показания при этом получаются более отчетливыми, а направление отклонения стрелки прибора дает возможность после нескольких проб определить, в какую сторону следует перемещать траверсу для ее правильной установки. Перед началом испытания милливольтметр должен быть включен с добавочным сопротивлением. По мере перемещения траверсы и уменьшения отклонений стрелки прибора постепенно уменьшают и его пределы измерений.
Рекомендуется проверять правильность положения траверсы при различных положениях якоря. Якорь следует поворачивать в одном и том же направлении во избежание влияния на показания прибора возможного перемещения щеток в щеткодержателях. Закрепив траверсу, опять проверяют правильность ее положения. После окончательной приработки щеток к поверхности коллектора положение нейтрали проверяют еще раз.
Если машина может быть лущена в ход, то правильность установки траверсы можно проверить при работе вхолостую либо в качестве генератора, либо в качестве двигателя. Если машина работает в качестве генератора при неизменном сопротивлении в цепи обмотки возбуждения и неизменной частоте вращения, то напряжение на зажимах якоря будет наибольшим при положении щеток на нейтрали. Если машина работает в качестве двигателя, то положению щеток на нейтрали соответствует одинаковая частота вращения якоря в обоих направлениях (вперед и назад) при одинаковом напряжении и одинаковом токе возбуждения.
Коллектор, контактные кольца и щетки требуют тщательного ухода. Они должны быть всегда чистыми. Особенно вредна для них металлическая и угольная проводящая пыль, которая, смешиваясь с попавшим на контактные поверхности маслом, образует грязь и вызывает искрение.
Коллектор и контактные кольца можно чистить на ходу машины при помощи дощечки, обернутой сухой тряпкой.
Рис. 6. Правильная (а) и неправильная (б) шлифовка щеток
Рис. 7. Колодка для полировки коллектора
Рис. 8. Пилка для выпиливания слюды в коллекторе
Слюду (миканит) между коллекторными пластинами выпиливают на глубину 1,5—2 мм; эта операция называется продороживанием коллектора. Продороживание можно производить либо специальной фрезой, вращаемой небольшим электродвигателем, либо вручную — при помощи специальной пилки (рис. 8), которую обычно изготовляют из небольшого куска ножовочного полотна (без развода зубцов) и зажимают в рукоятку. Пропиливание слюды должно быть выполнено по рис. 9; а, а не по рис. 9, б; в последнем случае после небольшого износа коллектора слюда будет выступать за его пределы. Края коллекторных пластин надо притупить шабером под углом приблизительно 45° на ширину не более 0,5 мм.
Иногда, особенно у быстроходных машин, даже тщательное выполнение указанных мероприятий с целью обеспечения нормальной работы щеток на контактных кольцах не приводит к желаемым результатам: продолжается сильное искрение, имеют место повышенный нагрев и накал щеток, а также сильный износ щеток и контактных колец.
Хорошим средством для улучшения коммутации является винтовая канавка на коллекторе и особенно на кольцах (рис. 10).
Она непрерывно в процессе работы машины очищает зеркало щетки от продуктов подгара и образует под щеткой канал, через который интенсивно охлаждается контактная поверхность щетки. В результате этого резко улучшается коммутация и уменьшается износ щеток и колец. Известны случаи, когда удалось добиться нормальной работы щеток на кольцах быстроходных роторов только после нарезки винтовых канавок.
Шаг t канавки рекомендуется принимать от 10 до 25 мм, ширину а — от 3 до 4 мм, а глубину h — в зависимости от предусмотренного припуска на обточку кольца. Например, на стальных кольцах роторов турбогенераторов при частоте вращения 3000 об/мин и толщине кольца около 50 мм принимают глубину равной 7,5 мм, шаг—10 мм и ширину канавки —3 мм; на бронзовых кольцах машины при 6000 об/мин и толщине кольца около 35 мм принимают глубину равной 3,5 мм, шаг и ширину канавки — также 10 и 3 мм.
После нарезки канавки необходимо вырубить тонкие (меньше 2 мм) буртики и притупить острые кромки.
Перед производством работ по проточке, шлифовке и полировке коллектора или контактных колец должны быть приняты соответствующие меры для предотвращения попадания стружки и абразивной пыли внутрь машины; по окончании этих работ необходимо произвести осмотр, чистку и продувку машины сжатым воздухом.
Щетки и щеткодержатели электрических машин постоянного тока: назначение, материал, виды и устройство
В электрических двигателях и генераторах часто необходимо установить электрическое соединение между неподвижной и вращающейся частью устройства.
В случае статорной (т. е. неподвижной) основной обмотки электрической машины устройство от нее ответвлений для присоединения внешней неподвижной электрической системы осуществляется легко, в случае же роторной (т. е. вращающейся) основной обмотки возникает необходимость в устройстве скользящего электрического контакта, так как иначе роторная обмотка недоступна.
В первых электрических машинах щетки представляли собой пакет, собранный из медных пластинок или тонких проволочек, откуда они и получили свое название.
Щетки современных машин — это кубики, спрессованные из угольных, графитных или медных порошков, и поэтому не соответствуют своему названию, которое, однако, сохранилось за ними.
Медные, железные и бронзовые щетки, которые очень хорошо выполняли свою работу в первых машинах постоянного тока в конце XIX века, оказались не очень хорошими материалами в отношении трения. Они быстро изнашивались и в новых конструкциях машин были заменены на угольные и графитовые.
В настоящее время для машин постоянного тока применяют почти исключительно угольные щетки с примесью графита, носящие, в зависимости от процентного содержания графита и от способа изготовления щеток, названия угольно-графитовых, графитовых, либо электрографитовых. Лишь для машин на небольшие напряжения, до 30 В, применяют металло-угольные щетки, дающие меньшее падение напряжения в контактном (переходном) слое на коллекторе.
Графитовые щетки изготовляются из чистого природного графита. Графит измельчается в мелкий порошок, который затем прессуется под очень большим давлением в бруски нужных размеров. Уголь и графит являются отличными проводниками электрического тока.
Электрографитовые щетки — это, по существу, угольные щетки, но подвергнутые воздействию высокой температуры в электрической печи и превращенные таким образом в графитовые. Эти щетки обладают свойством очень хорошо пришлифовываться.
Металло-угольные щетки изготовляются из угля и меди, измельченной в мелкий порошок, иногда с прибавкой другого измельченного металла (чаще всего олова).
Изготовление этих щеток ведется таким образом, чтобы щетка обладала возможно лучшей проводимостью в осевом направлении, в котором проходит рабочий ток машины, и плохой проводимостью (большое электрическое сопротивление) в поперечном направлении, в котором происходит при коммутации замыкание добавочных токов коммутируемых секций.
Щетки для электрических машин стандартизованы. Они характеризуются твердостью, переходным падением напряжения в контакте и допустимой плотностью тока.
Эта технология передачи энергии, которой уже более ста лет, широко используется и сегодня. Угольные щетки до сих пор можно найти во многих электродвигателях. Начиная с небольших двигателей в игрушках, электрических кухонных приборов, электрических стеклоподъемников, бритв, стиральных машин, фенов, пылесосов или электроинструментов (электродрелей, угловых шлифовальных машин, кусторезов, циркулярных пил и т. д.).
Щетки также применяются в бильших машинах постоянного тока в электровозах, подводных лодках и генераторах электростанций, а также в ветряных турбинах. Соответственно разнообразны геометрические и электрические характеристики угольных щеток.
Число зон (образующих цилиндрической поверхности коллектора) установки щеток на коллекторе обычно равно числу полюсов машины. Число щеток в каждой зоне зависит от величины тока и допустимой для данного сорта щетки плотности тока под щеткой, однако меньше двух щеток на зону можно встретить только в очень маленьких машинах, так как при одной щетке на зону трудно обеспечить надежность щеточного контакта.
Щетки, стоящие в одной и той же зоне, называются зонным комплектом щеток, а совокупность всех зонных комплектов данной машины — полным комплектом щеток.
Торцевую поверхность щеток со стороны, противоположной соприкосновению с коллектором, обычно обмедняют, иногда лудят. При небольшом токе отводимом щеткой, достаточно удовлетворительные условия отвода тока обеспечиваются поверхностью соприкосновения щетки со щеткодержателем и нажимной пружиной.
Щетки больших размеров снабжают плотно надетыми на них колпачками из листовой меди и прикрепленными к ним поводками из медных гибких канатиков соответствующих сечений, с наконечниками для присоединения под винтик к щеткодержателю или к детали, предназначенной для отвода от щетки тока. Колпачок щетки с канатиком называют арматурой щетки.
Щетки удерживаются в фиксированном относительно коллектора положении щеткодержателями, конструкции которых весьма разнообразны.
Если электрическая машина предназначается для обоих направлений вращения, то применяют радиальные щеткодержатели, обеспечивающие расположение щетки по радиусу коллектора. В машинах с одним определенным направлением вращения часто применяют щеткодержатели с некоторым наклоном щетки к радиусу.
Щеткодержатель для машин постоянного тока малой и средней мощности
Щеткодержатель крупной машины постоянного тока
Щеткодержатели одной зоны укрепляют на щеточных пальцах круглого или квадратного сечения либо на щеточных бракетах. Щеточные пальцы или бракеты разных зон установки щеток укрепляют на щеточных суппортах или щеточных траверсах, от которых они должны быть надежно изолированы.
В свою очередь, щеточные траверсы крепят либо к подшипникам, либо к подшипниковым щитам, либо к ярму или, наконец, устанавливают независимо на фундаментную плиту машины (при больших длинах коллектора).
Важными условиями, которым должны удовлетворять щеточный суппорт или щеточная траверса, являются, безусловное отсутствие вибраций, доступность осмотра щеток и их регулировки, легкий съем отдельных щеткодержателей для ремонта и возможность одновременного поворота всей системы щеток для точной установки их в надлежащем для коммутации положении при сохранении полной концентричности щеткодержателей и коллектора.
Щетки, щеткодержатели, пальцы (или бракеты) и траверса (или суппорт) составляют так называемый токособирательный аппарат машины постоянного тока. В него входят также соединения между собой зонных комплектов щеток одной и той же полярности.
Для отвода тока щеточные пальцы и бракеты одноименных зон (т. е. одной и той же полярности, положительные или отрицательные) соединяют электрически друг с другом изолированным проводом соответствующего сечения.
Таким образом, получают два собирательных полных или неполных кольца, которые затем присоединяют посредством гибких кабелей соответствующего сечения к внешним зажимам машины. Последние крепят на особой доске зажимов либо к ярму, либо к фундаментной плите машины. Прикрытая защитной крышкой доска зажимов образует коробку зажимов.
Правильное применение и выбор щеток вместе с надлежащим техническим обслуживанием приводят к повышению производительности машины и снижению затрат на время простоя.
Поскольку трение, вызванное вращением устройства, вызывает абразивный износ, щетки необходимо периодически заменять. По этой причине были изобретены бесщеточные электродвигатели.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: