Контроль состояния коллектора (колец)

Коллектор электрических машин постоянного тока является наиболее ответственным узлом этих машин, а его ремонт – самым сложным технологическим процессом (рисунок 10.8).

Рабочая поверхность колец (коллектора) нормально работающей машины должна иметь блестящий полированный вид, без царапин и следов обгара, иметь красный цвет с фиолетовым оттенком; цвет всех пластин должен быть одинаковым.

Высветление поверхности коллектора свидетельствует о повышенном износе меди, а светлая полоса чистой меди по всей окружности коллектора указывает на ненормальную работу одной из щеток.

Техническое обслуживание контактных колец (коллекторов) заключается в поддержании их в чистоте и предохранении от износа. Особенно вредна для коллектора (колец) металлическая и угольная, проводящая пыль, которая, смешиваясь с попавшим на контактные поверхности маслом, образует грязь и вызывает искрение.

При эксплуатации СЭМ по мере необходимости, пользуясь сухой бельевой ветошью (применяя безопасные методы), следует удалять с колец (коллекторов) угольную пыль, следы копоти и нагара. Влажная очистка при вращающемся роторе (якоре) запрещена. Для влажной чистки СЭМ необходимо остановить и отключить, а защитные конденсаторы разрядить на «корпус».

Основной задачей ухода является обнаружение и устранение начинающегося разрушения контактной оксидной пленки. Она состоит из окислов меди с примесью частиц угля или графита. Пленка образуется вследствие электролитического процесса при длительной работе коллекторов и контактных колец под нагрузкой с безыскровой коммутацией и нормальной влажности окружающего воздуха. Оксидную пленку называют также политурой.

Цвет этой пленки определяется маркой меди и щеток, плотностью тока, влажностью и составом охлаждающего воздуха. При осмотре важно не повредить политуру коллектора, т.к. для ее восстановления требуется от нескольких часов до суток непрерывной работы машины. Для удовлетворительного состояния коллектора необходимо, чтобы цвет политуры всех пластин был одинаковым.

По цвету политуры можно в некоторой степени оценить состояние коллектора. Если на коллекторе по краю пластин наблюдаются полосы более темного цвета, чем самого коллектора, пластины в местах этих полос шероховаты на ощупь, то это свидетельствует о наличии выступающих или западающих пластин. Темные полосы подгара, особенно на середине пластин, вызываются подпрыгиванием щеток на выступающих миканитовых прокладках.

Если на коллекторе наблюдается чередование темных и светлых пластин (чередование через удвоенное полюсное деление машины), то это свидетельствует об ухудшении паяных соединений якоря. Отдельные темные пятна неопределенной формы на коллекторе указывают на возможную повышенную вибрацию якоря из-за износа подшипников или других механических повреждений. Если темные пята имеют вытянутую по направлению вращения форму, то это может быть результатом ослабления нажатия щеток или загрязнения коллектора маслом.

Основные эксплуатационные дефекты коллекторов следующие:

- износ коллекторных пластин;

- изменение геометрически правильной формы рабочей поверхности;

- обгорание пластин, поломка петушков;

- замыкание коллекторных пластин между собой, на корпус и пробой манжет на корпус;

- ослабление опрессовки пластин;

- замасливание и загрязнение миканитовых прокладок и манжет.

Проверка коллектора и контактных колец заключается в осмотре доступных поверхностей и контроле их геометрических размеров. Проверку сопротивления изоляции и состояния паяных соединений производят при проверке якорной обмотки.

Для удаления небольших шероховатостей и неровностей размером до 0.2 мм кольца (коллектор) полируют с помощью колодки из бука или дуба, пригнанной по их поверхности. При номинальной частоте вращение ротара (якоря) колодку прижимают к кольцам с одновременным возвратно-поступательным перемещением ее по оси колец. Затем кольца протирают брезентом или войлоком, наложенным на поверхность колодки.

Кольца (коллектор) шлифуют только тогда, когда на их поверхности появляются следы почернения, обгара, кольцевые неровности, шероховатости размером до 0.5 мм, вызывающие возрастающие искрение под щетками. Шлифовку производят на ходу машины: для генераторов – при поднятых щетках и снятом возбуждении; для электродвигателей – без нагрузки или с минимально возможной нагрузкой. Перед шлифовкой лобовую часть обмотки обклеивают бумагой или отсасывают пыль пылесосом и выдувают ее струей сжатого воздуха в сторону от обмоток.

Для шлифовки можно использовать абразивное стеклянное полотно или бумагу с зернистостью № 5 – 12, закрепленные в специальных колодках. Необходимо помнить, что шлифовка без применения колодки недопустима, так как при этом могут возникнуть завалы на краях коллекторных пластин. Вследствие этого уменьшается площадь контакта щетки с пластиной и ухудшаются условия коммутации. Ширина бумаги и колодки должна быть равна суммарной ширине контактных колец и воздушного промежутка между ними (длине коллектора).

Для сбора пыли рекомендуется стеклянную бумагу слегка смазать чистым вазелином. После шлифовки кольца (коллектор) полируют описанным выше способом. Не рекомендуется производить шлифовку при нахождении судна в тропической зоне.

Если контактные кольца (коллектор) имеют более серьезные повреждения – эксцентричность более нормы, повышенное биение, измеренное с помощью индикаторов, неустраняемые шлифовкой поверхностные дефекты (выгорание, неравномерный износ и т.п.) – коллектор должен быть проточен.

Для измерения биения коллектора индикатор должен быть установлен так, чтобы наконечник его касался щетки, заложенной в щеткодержатель. Из щеток должна быть выбрана та, которая хорошо притерта к поверхности коллектора. Индикатор должен быть поставлен так, чтобы его стержень был утоплен на 2….3 мм. Якорь приводится в медленное вращение от руки, и ведется наблюдение за перемещением стрелки по шкале индикатора.

Разность между крайними показаниями стрелки индикатора является величиной биения вращающейся части.

Более точные показания может дать установка наконечника индикатора непосредственно на коллектор.

Для того чтобы наконечник не провалился между коллекторными пластинами, на конец его навинчивается пластинка небольшого размера.

Если поверхность коллектора или контактных колец имеет правильную цилиндрическую форму, но смещенную с оси, то стрелка индикатора при вращении ротора достаточно плавно колеблется между двумя своими крайними положениями.

Если правильность цилиндрической поверхности нарушена провалами или выступами, стрелка индикатора имеет неспокойный ход толчками.

При измерении биения коллектора или контактных колец крупной электрической машины индикатор устанавливается сверху или снизу, так как результат измерения биения сбоку искажается вследствие покачивания шеек вала во вкладышах подшипников во время медленного вращения.

Проточка – очень ответственная операция, требующая от исполнителей большого внимания и мастерства, т. к. снижает механическую прочность коллектора. К ней прибегают только в случае биения и значительного нарушения коммутации. Возможность проточки определяют по заводской отметке на торце коллектора или колец. Если такая отметка отсутствует, то возможность проточки определяют путем сравнения результатов подсчета припуска с номинальным диаметром коллектора.

Припуск можно определить по формуле:

ε_к = 0,5^ ,

где D_k - диаметр коллектора, мм.

Для электрических машин значение припуска принимают в зависимости от диаметра коллектора по таблице 10.4. [10].

Проточку коллектора (колец) производят на токарном станке. У крупных генераторов разрешается производить проточку на месте без выемки якоря (ротора) при отключенной цепи возбуждения. Суппорт на корпусе машины при этом во избежание вибрации должен быть надежно закреплен.

Перед проточкой коллектор следует нагреть до 80…90^оС и про

верить затяжку болтов подшипниковых щитов. Затяжка считается за

конченной, если болты не поддаются дальнейшему обжатию и при постукивании не издают дребезжащего звука. После охлаждения коллектора затяжку проверяют вторично. Проточку коллектора выполняют только в холодном состоянии.

Таблица 10.4. Допустимые величины износа коллектора и контактных колец
Диаметр коллектора и колец, мм	Контролируемая величина h, мм (см. рисунок 10.8)
коллек- тора	колец
	2,5
100 – 150
150 – 200	3,5
200 – 250
250 – 300	4,5
300 - 350		-

Лучшие результаты дает использование для проточки алмазного резца. Рекомендуемая скорость резания при проточке 1…2,5 м/с, подача за один оборот 0,05…0,1 мм и глубина резания 0,05…0,15 мм.

После проточки миканитовую изоляцию фрезеруют (продороживают) на глубину 0,7…1,5 мм (рисунок 10.9). Продороживание коллектора производится фрезой на специальном станке или ножовочным полотном, при этом толщина фрезы и развод ножовочного полотна должны быть равны ширине паза.

При продороживании приспособление с ножовочным полотном (рисунок 10.9,в) надо водить по линейке, уложенной параллельно краю пластины коллектора.

Фаски с кромок пластин коллектора снимают острым ножом, изготовленным из ножовочного полотна. Величина фаски должна быть порядка 0,2 мм с углом 45^о.

Чрезмерно большие, а также неравномерные фаски могут ухудшить коммутацию.

Продороживание производится также при выступании миканита над пластинами. Миканитовые прокладки коллектора тверже медных пластин, поэтому в процессе работы они меньше истираются и постепенно выступают над поверхностью пластин.

После продороживания все канавки между пластинами коллектора прочищают волосяной щеткой.

Для уменьшения вероятности переброса дуги по коллектору концы коллекторных пластин разделывают шабером, скругляя их. Затем производят окончательную зачистку заусениц, шлифовку и полировку. После окончания всех операций по обработке коллектора (колец) машину прочищают и продувают сжатым воздухом со стороны, противоположной коллектору.

Чтобы контактные кольца ротора синхронных генераторов изнашивались равномерно, следует периодически менять их полярность (примерно через 1000 ч работы). Перед сменой полярности с поверхности щеток удаляют вкрапления частиц металла.