2.7. Щетки и их характеристики

Одной из важнейших характеристик щетки является величина ее удельного переходного сопротивления ρ_Щ , рассчитанного на еди­ницу контактной поверхности щетки. Выше, при анализе комму­тационного процесса, мы исходили из постоянства и независимо­сти ρ_Щ, от плотности тока и характера контактной поверхности. В действительности ρ_Щ, изменяется при изменении плотности тока j_Щ , химического состояния контактной поверхности, ее температу­ры, направления тока (от щетки к коллектору или наоборот), удельного давления на щетку, линейной скорости на окружности коллектора и других механических факторов. В результате не удается точно определить число витков дополнительных полюсов, величину зазора между ними и форму полюсного наконечника. Все эти вопросы окончательно решаются при экспериментальной наладке коммутации. Марки щеток, применяемых в авиационных машинах, и их основные характеристики приведены в табл. 2.

Наибольшее сопротивление имеют твердые угольнографитные щетки; наименьшее - меднографитные щетки.

Падение напряжения на щетках

начиная с некоторой плотности тока, остается практически посто­янным (рис.2.28. ), т.к. переходное сопротивление изменяется в этой зоне почти обратно пропорционально j_Щ,. Следует подчерк­нуть, что, на рис.2.28. взято суммарное падение напряжения под двумя щетками, так как падение напряжения при направлении тока от металла к угольной щетке больше, чем при обратном направлении. Щетки имеют отрицательный температурный коэффициент, поэтому с увеличением температуры ρ_Щ, уменьшается. При достижении предельных температур порядка 180…230°С на­рушается коммутация и резко увеличивается износ щеток.

При длительной работе медь коллектора покрывается тонкой оксидной пленкой (политурой) темно-коричневой окраски. Она уменьшает трение и, следовательно, износ щетки и одновременно увеличивает переходное сопротивление, улучшая тем самым ком­мутацию.

Рис. 2.28. Переходное падение напряжения для щеток

различных марок.

Толщина оксидной пленки зависит от плотности тока, свойств контактных поверхностей и окружающей среды. С уве­личением высоты полета толщина оксидной пленки уменьшается, износ щеток резко возрастает и коммутация ухудшается. Это связано с тем, что с увеличением высоты уменьшается содержание влаги в воздухе, в связи с чем ослабляется процесс электро­лиза в контактном слое щеток, при котором выделяется кислород, окисляющий контактную поверхность коллектора. Для уменьше­ния износа в высотных условиях в шихту авиационных щеток обычно добавляется олово. Так, в широко используемых щетках типа МГС-7И Сu составляет 40%, С - 40%, РЬ - 10% и Sn - 10%. Они имеют высотность до 20 км. Их износ на продельных высотах достигает 0,3 мм и более за 5 час работы.

Работа щетки в очень сильной степени зависит от однородно­сти ее структуры. Для ее обеспечения щетки МГС-7И состоят из двух тонких половинок. В последнее время применяются щет­ки типа В1-7 с углекислым литием. Их высотность достигает 25 км. На больших высотах используются щетки типа ВТ-5 с ди­сульфидом молибдена, который обеспечивает смазку коллектора. Их высотность более 20 км.

Переходное сопротивление щетки и соответственно переходное падение напряжения, как уже отмечалось, зависят от удельного давления на щетку. Причем с повышением давления падение на­пряжения сначала резко уменьшается, а затем изменяется мало. Удельное давление на щетку в авиационных машинах достигает 600…1000 г/см².

Увеличение линейной скорости V_K на окружности коллектора мало влияет на величину 2∆U_Щ. Но как только щетка начинает дрожать, процесс коммутации резко ухудшается.

В заключение следует подчеркнуть, что при выборе щеток при­ходится руководствоваться компромиссным решением, так как с точки зрения улучшения коммутации выгодно брать более твер­дые щетки с повышенным переходным сопротивлением, но эти щетки допускают меньшую плотность тока, и в связи с этим уве­личивается поверхность щеток, размеры коллектора и потери.