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
При этом следует соблюдать правила безопасности, заключающиеся в том, чтобы изолировать себя от соприкосновения с токопроводящими частями и не задевать руками и одеждой вращающиеся части машины.
Угольные щетки должны иметь зеркально блестящую поверхность на всей площади соприкосновения с коллектором или контактными кольцами. Сработавшиеся щетки нужно заменять щетками той же марки.
Щетки должны быть притерты к поверхности коллектора или контактных колец. Для этого под щетки 2—3 бракетов траверсы подкладывают стеклянную бумагу, обращенную рабочей стороной к щеткам; после этого бумагу передвигают взад и вперед при нормальном давлении пружин на щетки.
Применение наждачного или карборундового полотна для пришлифовки щеток недопустимо. Для правильной притирки щеток концы бумаги нужно отогнуть вниз (рис. 6, а), так как при отгибании бумаги вверх (рис. 6, б) края щеток будут опилены и уменьшится активная ширина щеток, что может вызвать искрение на коллекторе. Притирку щеток твердых марок начинают с более крупных номеров бумаги и кончают более мелкими, лишь щетки мягких марок пришлифовываются мелкими номерами бумаги. После притирки щеток производятся очистка и продувка сжатым воздухом коллектора, контактных колец, щеток и щеткодержателей для удаления угольной пыли и зерен стекла.
При продувке имеет место, однако, крайне вредный перенос угольной пыли из одной части машины в другую; во избежание этого нужно по возможности применять для чистки машины пылесос.
Контактные поверхности коллектора и контактных колец должны быть строго цилиндрическими и иметь гладкий, полированный вид, без неровностей, царапин и горелых мест; слюда между коллекторными пластинками не должна выступать за поверхность коллектора. Допустимое биение коллекторов быстроходных машин с окружной скоростью до 50 м/с, например турбовозбудителей, не должно превышать 0,02—0,03 мм, в тихоходных машинах может быть допущено, без ущерба для работы машины, значительно большее биение — порядка 0,1 — 0.2 мм. При большом биении коллектора производят обточку его резцом или шлифовку, а при биении и неровностях до 0,5 мм — шлифовку (проверку биения коллектора см. в приложении 12).
Перед проточкой коллектора его следует нагреть до 100° С, затянуть в нагретом состоянии, затем дать ему остыть и снова затянуть. Затягивать следует только ослабевшие болты. Чрезмерное затягивание болтов (шпилек) коллектора может вызвать ненормальную деформацию коллектора.
Проточку коллектора производят при скорости резания примерно 90 м/мин и подаче не более 0,05—0,1 мм на оборот. Коллекторы крупных машин протачивают высококачественными резцами при вращении якоря в своих подшипниках; суппорт токарного станка пристраивают у коллектора и устанавливают так, чтобы резец был обращен режущей кромкой вверх, немного выше центра. Перед проточкой коллектора желательно предварительно «продорожить» (см. ниже) его с тем, чтобы затяжка меди не затрудняла операцию продороживания коллектора после проточки.
Шлифовку коллектора производят мелкозернистыми камнями, укрепленными неподвижно в суппорте, либо вращающимся карборундовым мелкозернистым кругом диаметром 150— 300 мм, установленным на специальном приспособлении или суппорте; целость круга следует проверить, а работу производить при наличии достаточно прочных предохранительных щитков. При шлифовке коллектора неподвижным камнем оптимальная окружная скорость коллектора находится в пределах 10— 20 м/с, шлифовка может производиться также и при номинальной окружной скорости. При шлифовке коллектора при помощи вращающегося круга последний должен вращаться навстречу коллектору, подача должна быть весьма незначительной.
При наличии царапин, нагара и прочих местных дефектов коллектор подвергается полировке. Этой операции коллектор подвергается и после проточки или шлифовки. Полировка устраняет следы обработки коллектора (резцом или камнем) и создает благоприятные условия для образования оксидной пленки («политуры») на его поверхности, необходимой для правильной работы коллектора и щеток. Полировку производят при номинальной частоте вращения, применяя мелкую стеклянную бумагу № 00.
Для полировки коллектора стеклянную бумагу прикрепляют к деревянной колодке (рис 7), которую пригоняют точно по диаметру коллектора; ширину бруска выбирают такой, чтобы он мог свободно помещаться между щетками двух соседних бракетов. Колодку прижимают к вращающемуся коллектору. По достижении гладкой поверхности коллектор очищают и продувают сжатым воздухом, к колодке прикрепляют новую стеклянную бумагу, на которую наносят тонкий слой чистого вазелина, и продолжают полировку до получения поверхности равномерного темного цвета. Все сказанное относительно требований, предъявляемых к коллектору и его обработке, относится также и к контактным кольцам. Разница лишь в одном: в связи с более легкими условиями работы контактных колец для них может быть допущено несколько большее биение.
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.
Рис. 9. Правильное (а) и неправильное (б) выпиливание слюды в коллекторе Рис. 10. Винтовая канава - на коллекторе
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.
