RU2162261C1

RU2162261C1 - Sliding current collector assembly of electric generators and electric motors

Info

Publication number: RU2162261C1
Application number: RU99117107A
Authority: RU
Inventors: А.И. Изотов; Г.А. Мамаев; В.И. Катаев; В.А. Шабардин; С.А. Изотов; С.Л. Колесов
Original assignee: Изотов Анатолий Иванович
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2001-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering, in particular, sliding current collector assembly of multiple-brush synchronous generators and induction motors with a phase-wound rotor. SUBSTANCE: assembly has slip rings, spring-loaded current-conducting and additional brushes installed in brush holder, the built-up additional brushes are made in the form of contact and bearing parts, the contact part is made of molybdenum disulfide with a binder. The length of the contact and bearing parts of the additional brush equals the length of the current-conducting parts, the width of the bearing part of the additional brush equals the width of the current conducting brush, the with of the contact part of the additional brush does not exceed the width of its bearing part; one additional brush is installed per two current-conducting parts. When the sliding current collector assembly is used, the wear of the current-conducting brushes reduces by more than two times, the wear of the additional brushes is reduced by 20%, the lateral wear of the additional brushes is reduced too, saving of lubricant make up 50% as compared with the prototype. EFFECT: reduced wear of current-conducting and additional brushes, reduced lateral wear of additional brushes, reduced consumption of lubricant. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям узла скользящего токосъема электрических машин, преимущественно крупных многощеточных синхронных генераторов и асинхронных двигателей с фазным ротором. The invention relates to electrical engineering, in particular to the designs of the sliding current collector assembly of electrical machines, mainly large multi-brush synchronous generators and asynchronous motors with a phase rotor.

Известна токосъемная углеродистая щетка с цилиндрическими вставками из высотной массы, содержащей дисульфид молибдена, отличающаяся тем, что с целью улучшения эксплуатационных свойств, 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 N 746794, кл. H 01 R 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. Known current collector carbon brush with cylindrical inserts from a tall mass containing molybdenum disulfide, characterized in that in order to improve operational properties, 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, each of which is half the width 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. (author's certificate. USSR N 746794, class H 01 R 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.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является щеточно-коллекторный узел, содержащий коллектор, разнополярные токосъемные щетки, установленные в диаметрально противоположные щеткодержатели, и дополнительные щетки, отличающиеся 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 N 1815710, кл. H 01 R 39/00.)
К недостаткам этой конструкции щеточно-коллекторного узла можно отнести ограниченность применения из-за жестких требований к связующему (только нетокопроводящее), усложнение конструкции из-за введения дополнительных щеткодержателей, наличие бокового износа дополнительных щеток, а также неполное использование ресурса дополнительной щетки.The closest in technical essence to 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 thickness of the insulation between the collector plates, with additional brushes 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 of the USSR N 1815710, cl. H 01 R 39/00.)
The disadvantages of this design of the brush-collector assembly include limited application due to stringent requirements for a binder (only non-conductive), design complexity due to the introduction of additional brush holders, the presence of lateral wear of additional brushes, and also the incomplete use of the resource of an additional brush.

Технической задачей изобретения является уменьшение износа токосъемных и дополнительных щеток, работающих на контактных кольцах, уменьшение боковых износов дополнительных щеток, упрощение конструкции узла скользящего токосъема, экономия смазывающего материала. Техническая задача достигается тем, что в узле скользящего токосъема электрической машины, содержащем подпружиненные токосъемные и дополнительные составные щетки, контактная часть дополнительных щеток содержит дисульфид молибдена и связующее, контактные кольца, дополнительные щетки выполнены составными в виде контактной и несущей частей и расположены в штатных щеткодержателях между токоведущими щетками на каждую контактную дорожку, причем длина контактной и несущей частей дополнительной щетки равна длине токоведущих щеток, ширина несущей части дополнительной щетки равна ширине токоведущей щетки, ширина контактной части дополнительной щетки не более ширины ее несущей части, высота контактной части дополнительной щетки равна величине допустимого износа токоведущих щеток, причем на каждые две токоведущие щетки установлена одна дополнительная. An object of the invention is to reduce the wear of slip rings and additional brushes operating on contact rings, reduce lateral wear of additional brushes, simplify the design of the sliding slip ring assembly, save lubricant. The technical problem is achieved by the fact that in the node of the sliding current collection of an electric machine containing spring-loaded current collection and additional composite brushes, the contact part of the additional brushes contains molybdenum disulfide and a binder, contact rings, additional brushes are made integral in the form of contact and carrier parts and are located in regular brush holders between current-carrying brushes on each contact track, the length of the contact and bearing parts of the additional brush being equal to the length of current-carrying brushes, width the bearing part of the additional brush is equal to the width of the current-carrying brush, the width of the contact part of the additional brush is not more than the width of its bearing part, the height of the contact part of the additional brush is equal to the allowable wear of current-carrying brushes, and one additional is installed for every two current-carrying brushes.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид узла скользящего токосъема электрической машины, на фиг. 2 - щеткодержатель с группой токосъемных щеток, на фиг. 3 - щеткодержатель с дополнительными щетками. The technical essence of the invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a general view of a slip collector assembly of an electric machine; FIG. 2 - brush holder with a group of collector brushes, in FIG. 3 - brush holder with additional brushes.

Узел скользящего токосъема электрической машины (фиг. 1) содержит контактные кольца 1, штатные щеткодержатели 2 с подпружиненными токосъемными щетками 3 и подпружиненными дополнительными щетками 4, 5, состоящими из дисульфида молибдена и связующего вещества 4, несущей части 5. Составные части дополнительной щетки 4 и 5 соединяются клеем. The sliding current collection unit of the electric machine (Fig. 1) contains contact rings 1, standard brush holders 2 with spring-loaded current collection brushes 3 and spring-loaded additional brushes 4, 5, consisting of molybdenum disulfide and a binder 4, the carrier part 5. Components of the additional brush 4 and 5 are connected by glue.

Дополнительные щетки 4,5 установлены в штатных щеткодержателях 2 на каждую контактную дорожку (не показана) кольца 1 между токоведущими щетками 3. Дополнительные щетки 4, 5 могут быть установлены в любом месте на кольце 1 между токоведущими щетками 3. Additional brushes 4,5 are installed in the standard brush holders 2 on each contact track (not shown) of the ring 1 between the current-carrying brushes 3. Additional brushes 4, 5 can be installed anywhere on the ring 1 between the current-carrying brushes 3.

Такое решение технической задачи возможно в узлах скользящего токосъема, где на контактном кольце более двух токоведущих щеток. Such a solution to the technical problem is possible in the nodes of the sliding current collector, where on the contact ring there are more than two current-carrying brushes.

Длина контактной части l_P (фиг. 2) токосъемной щетки 3 равна длине l_Т контактной и несущей частей (фиг. 3) дополнительной щетки 4,5, ширина несущих частей дополнительной щетки 5 (фиг. 1) равна ширине токоведущей щетки для установки дополнительной щетки в штатный щеткодержатель, а ширина контактной части 4 дополнительной щетки b_Т не более ширины несущей части 5. Высота h_Т контактной части 4 дополнительной щетки равна величине допустимого износа токоведущих щеток с целью уменьшения расхода контактной смазки.The length of the contact part l _P (Fig. 2) of the collector brush 3 is equal to the length l _{T of the} contact and carrier parts (Fig. 3) of the additional brush 4,5, the width of the bearing parts of the additional brush 5 (Fig. 1) is equal to the width of the current-carrying brush for installing additional brushes into a regular brush holder, and the width of the contact part 4 of the additional brush b _{T is} not more than the width of the bearing part 5. The height h _{T of the} contact part 4 of the additional brush is equal to the allowable wear of current-carrying brushes in order to reduce the consumption of contact grease.

Работа узла скользящего токосъема осуществляется следующим образом. При вращении кольца 1 контактная часть дополнительных щеток 4, выполненная из смеси на основе дисульфида молибдена и связующего, постоянно смазывает поверхность кольца 1, по которой скользят токоведущие щетки 3. На поверхности кольца 1 образуется пленка, содержащая дисульфид молибдена, за счет чего уменьшается коэффициент трения контактной пары "токоведущая щетка - контактное кольцо". Переходное сопротивление пары "токоведущая щетка - контактное кольцо" увеличивается незначительно. Боковой износ дополнительных щеток уменьшается за счет того, что дополнительная щетка 4,5 опирается о щеткодержатель несущей частью 5, материал которой тверже материала контактной части 4. За счет того, что дополнительная щетка 4,5 выполнена составной, существенно экономится материал контактной части 4, а кроме того, при полном износе контактной части 4 несущую часть 5 можно снова использовать, приклеив к ней новую контактную часть 4. The operation of the sliding current collector is as follows. When the ring 1 is rotated, the contact part of the additional brushes 4, made of a mixture based on molybdenum disulfide and a binder, constantly lubricates the surface of the ring 1 along which current-carrying brushes 3 slide. A film containing molybdenum disulfide is formed on the surface of the ring 1, thereby reducing the friction coefficient contact pair "current-carrying brush - contact ring". The transition resistance of the pair "current-carrying brush - contact ring" increases slightly. The lateral wear of the additional brushes is reduced due to the fact that the additional brush 4,5 is supported on the brush holder by the carrier part 5, the material of which is harder than the material of the contact part 4. Due to the fact that the additional brush 4,5 is made integral, the material of the contact part 4 is significantly saved and in addition, when the contact part 4 is completely worn out, the bearing part 5 can be used again by gluing to it a new contact part 4.

Патентуемый узел скользящего токосъема реализован на экспериментальном синхронном генераторе на базе генератора БМЗ-4,5 мощностью 4,5 кВА и на экспериментальном асинхронном двигателе с фазным ротором на базе двигателя АК-52 мощностью 4,5 кВт. В этих машинах на кольцах помимо токоведущих щеток устанавливались дополнительные щетки, контактная часть которых изготавливалась из смеси дисульфида молибдена и бакелитового лака ЛБС-5. Несущая часть дополнительных щеток изготавливалась из стеклотекстолита. Обе части соединялись друг с другом при помощи эпоксидного клея. Температура колец при исследованиях не превышала 75^oC. Длина дополнительной щетки выбрана равной длине токосъемной щетки, чтобы обеспечить равномерное смазывание всей рабочей дорожки кольца; за счет этого достигается одинаковый износ токоведущих щеток и кольца по ширине рабочей дорожки.The patented sliding current collection unit is implemented on an experimental synchronous generator based on a BMZ-4.5 generator with a power of 4.5 kVA and on an experimental asynchronous motor with a phase rotor based on an AK-52 engine with a power of 4.5 kW. In addition to current-carrying brushes, in these machines, additional brushes were installed on the rings, the contact part of which was made from a mixture of molybdenum disulfide and LBS-5 bakelite varnish. The bearing part of the additional brushes was made of fiberglass. Both parts were bonded to each other using epoxy glue. The temperature of the rings during the research did not exceed 75 ^o C. The length of the additional brush was chosen equal to the length of the collector brush to ensure uniform lubrication of the entire working path of the ring; due to this, the same wear of current-carrying brushes and rings along the width of the working path is achieved.

Ширина несущей и контактной частей дополнительной щетки выбрана равной ширине токоведущей щетки. The width of the carrier and contact parts of the additional brush is chosen equal to the width of the current-carrying brush.

Удельное давление на дополнительную щетку выбрано из условия получения минимального и одинакового по высоте износа токоведущих и дополнительных щеток. Боковой износ контактной части дополнительных щеток практически отсутствует. Износ токоведущих щеток на патентуемом узле скользящего токосъема уменьшается в нормальных условиях более чем в 2 раза, износ дополнительных щеток уменьшился на 20%. Экономия смазывающего материала контактной части дополнительной щетки - до 50% по сравнению с прототипом. Получено оптимальное соотношение количества токоведущих и дополнительных щеток: на две токоведущие одна дополнительная. Результаты сравнительных испытаний, выполненных в одних и тех же условиях прототипа и патентуемого изобретения на базе экспериментального генератора типа БМЗ, представлены в таблице 1. The specific pressure on the additional brush is selected from the condition of obtaining a minimum and equal wear height of current-carrying and additional brushes. Lateral wear of the contact part of the additional brushes is practically absent. The wear of the current-carrying brushes at the patented sliding current collection unit is reduced by more than 2 times under normal conditions, the wear of additional brushes has decreased by 20%. Saving lubricant of the contact part of the additional brush - up to 50% compared with the prototype. The optimal ratio of the number of current-carrying and additional brushes is obtained: for two current-carrying one additional. The results of comparative tests performed under the same conditions of the prototype and the patented invention on the basis of an experimental generator of the BMZ type are presented in table 1.

Таким образом, технический результат достигнут: уменьшился износ токосъемных и дополнительных щеток, работающих на контактных кольцах, уменьшился боковой износ дополнительных щеток, упростилась конструкция узла скользящего токосъема электрической машины, экономия смазывающего материала составила 50%. Thus, the technical result was achieved: the wear of the current collector and additional brushes operating on the contact rings decreased, the side wear of the additional brushes decreased, the design of the slip collector assembly of the electric machine was simplified, and the lubricant was saved by 50%.

Claims

Узел скользящего токосъема электрической машины, содержащий подпружиненные токосъемные и дополнительные щетки, контактная часть дополнительных щеток выполнена из дисульфида молибдена со связующим, отличающийся тем, что содержит контактные кольца, дополнительные щетки выполнены составными в виде контактной и несущей частей и установлены в щеткодержателях между токоведущими щетками на каждую контактную дорожку, длина контактной и несущей частей дополнительной щетки равна длине токоведущих щеток, ширина несущей части дополнительной щетки равна ширине токоведущей щетки, ширина контактной части дополнительной щетки не более ширины ее несущей части, причем на каждые две токоведущие щетки установлена одна дополнительная. The sliding current collector assembly of an electric machine containing spring-loaded current collection and additional brushes, the contact part of additional brushes is made of molybdenum disulfide with a binder, characterized in that it contains contact rings, additional brushes are made integral in the form of contact and bearing parts and are installed in brush holders between current-carrying brushes on each contact track, the length of the contact and supporting parts of the additional brush is equal to the length of the current-carrying brushes, the width of the supporting part of the additional the brush is equal to the width of the current-carrying brush, the width of the contact part of the additional brush is not more than the width of its bearing part, and for each two current-carrying brushes one additional is installed.