ГОСТ Р МЭК 773-96

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЩЕТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Издание официальное

ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва

ГОСТ Р МЭК 773-96

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК1 «САЙТ» (Научно-исследовательским и проектно-технологическим институтом электроугольных изделий)

2    ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 23 декабря 1996 г. № 680

3    Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст международного стандарта МЭК 773—83 «Методы испытаний и средства измерений рабочих характеристик щеток»

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

© ИПК Издательство стандартов, 1997

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России

II

ГОСТ Р МЭК 773-96

3.3.2 Когда щетка проводит переменный ток, то этих различий в падении напряжения в щеточном контакте не существует. Обозначение падения напряжения в скользящем контакте при переменном токе — Uq~.

3.4 Измерение падения напряжения в щеточном контакте

3.4.1    Приборы для измерения падения напряжения в щеточном контакте при постоянном токе

Вольтметр постоянного тока (любой) с внутренним сопротивлением не менее 1000 Ом/В. При использовании прибора стрелочного типа минимальное показание должно быть не менее 20 % от всей шкалы.

Для измерений подходит прибор с погрешностью 2,5 % или ниже.

3.4.2    Падение напряжения в щеточном контакте при переменном токе следует измерять прибором, позволяющим измерять среднеквадратичные значения. Такими приборами являются:

а)    приборы термоэлектрической системы (см. пункт 2.2.10 Публикации МЭК 51);

б)    астатические электродинамические приборы (см. пункт 2.2.5 Публикации МЭК 51);

в)    любой электронный прибор, позволяющий измерять среднеквадратичные значения падения напряжения.

Внутреннее полное электрическое сопротивление и погрешность должны быть в соответствии с 3.4.1.

Примечание — Не рекомендуется применять универсальный измерительный прибор с выпрямителем.

3.4.3    Падение напряжения измеряют при помощи контактных щупов: один из щупов соединяют со щеткой, а другой — с вращающейся частью машины.

Конструкция щупа, соединяемого с вращающейся частью машины, не должна оказывать существенного влияния на значение измеряемого напряжения. Существуют различные приемлемые методы изготовления такого щупа, например:

а)    небольшая металлографитная щетка, скользящая по вращающейся части машины, но не по дорожке(ам) испытуемой(ых) щетки(ок);

б)    «щетка», изготовленная из тонкой медной проволоки (гибкая щетка), располагаемая аналогично металлографитной щетке;

в)    ртутно-трансмиссионная система.

Примечание — При использовании вышеуказанных щупов важно, чтобы кончик электрода не находился на дорожке(ах) щетки(ок).

Контактный щуп при этом не должен нарушать работу щетки. Например,

7

щуп прикрепляют стационарно к щетке или щеткодержателю так, чтобы контакт осуществлялся с боковой поверхностью щетки, или прижимают вручную.

3.4.4 Контактный щуп должен быть расположен на щетке или в щетке в точке, отстоящей от поверхности скольжения не более чем на 5 мм и на расстоянии, равном t/2 (см. рисунок 4).

Примечание — Если требуется высокая точность для материалов с большим удельным электрическим сопротивлением б > ЮОмкОм м), необходимо сделать поправку для Uc с учетом падения напряжения между щупом и контактной поверхностью.

3.4.5    Альтернативно падение напряжения в щетке в щеточном контакте можно вычислить из общего падения напряжения на отдельной щетке (см. ГОСТ 21888 и рисунок 1) по формуле

u_c= U_tot-(U_s+ U_F+ и_ъ).    (1)

Значение £/р определяют методом, указанным в ГОСТ 12232. Если по какой-либо причине для измерения общего падения напряжения используют две щетки, то

Щ от ⁼ U_tot+ + Utot— •    (²)

3.4.6    Для измерения U_tot (общее падение напряжения на отдельной щетке) используют те же вольтметр и кольцевой щуп, что и для измерения JJq, но в этом случае щеточный щуп заменяют щупом с

ГОСТ Р МЭК 773-96

острием из нержавеющей стали, который прикладывают к наконечнику щетки.

3.5 Измерение U$ + Up + Uq

3.5.1    Для данного измерения применяют соответствующий милливольтметр (с погрешностью 2,5 % или ниже), причем диапазон для показаний должен быть не менее 20 % от всей шкалы прибора.

Измеряющий ток должен быть таким же, как и при измерении падения напряжения в контакте, и выбран из ряда токов, приведенного в разделе 7. При измерении эффектом повышения температуры можно пренебречь.

3.5.2    Один щуп прикладывают к щетке на расстоянии 5 мм от поверхности скольжения, как указано в 3.4.4, другой, с острием из нержавеющей стали — к наконечнику щетки.

4 ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТ А ТРЕНИЯ

4.1    Коэффициент трения ц является рабочей характеристикой щетки, на который влияют как внешние факторы, так и материал щетки.

4.1.1    Внешние факторы

Те же, что указаны в 3.2.1

4.2 Коэффициент трения ц определяют на основании закона трения по формуле

(3)

F_t, F_r' — радиальная составляющая сил, действующих по границе «щетка — коллектор (контактное кольцо)», см. рисунок 5;

9

ГОСТ Р МЭК 773-96

F_t, F{ — тангенциальная составляющая сил, действующих по границе «щетка — коллектор (контактное кольцо)», см. рисунок 5.

Примечание — Коэффициенты трения для анодной и катодной щеток суммируют и определяют средний коэффициент трения.

4.3 Измерение коэффициента трения

Существуют два метода измерения коэффициента трения:

а)    измерение тангенциальных сил, действующих на вращающуюся поверхность (см. 4.3.1);

б)    измерение тангенциальных сил, действующих на щетку (см. 4.3.2).

4.3.1 Измерение тангенциальных сил, действующих со стороны щетки (метод а)

Существуют различные методы измерений, но все они основаны на следующих основных положениях.

Обозначения, используемые в уравнениях:

Nb— число щеток;

Ft, F_t' — тангенциальная составляющая силы, действующей на щетку, И;

F_r, Ft'— радиальная составляющая силы, действующей на щетку, И;

_Гс _ радиус коллектора или контактного кольца, м;

J— крутящий момент, Н.м;

Т_потери мощности вследствие трения, Вт;

_подводимая мощность, когда щетки контактируют с

коллектором или контактным кольцом, Вт; р₀ _ подводимая мощность, когда щетки не контактируют с коллектором или контактным кольцом (не трутся о коллектор или контактное кольцо), Вт; _ю _ угловая скорость, рад/с.

Т — N_BF_tr_c, Р= 7ю,

Рц =Р~Ро,

и₌ ^Р~^Р0

Измерение коэффициента трения по методу а) можно пояснить при помощи упрощенной схемы (рисунок 6).

ГОСТ Р МЭК 773-96

Для уравнения (7): Р измеряют после достижения стабильного вращения, а затем при той же угловой скорости измеряют Pq при помощи ваттметра или вольтметра/амперметра.

Все измерения проводят приборами с погрешностью 2,5 % и ниже.

Примечание — Для получения результатов, требующих более высокой точности, при расчете коэффициента трения необходимо учитывать собственные потери (мощности) в электродвигателе.

4.3.2    Измерение тангенциальных сил, действующих на щетку в соответствии с методом б)

Существует множество подходящих механических систем, которые можно использовать для проведения этого измерения при условии, что приборы имеют погрешность 2,5 % или ниже (см. Приложение В).

4.3.3    Любая, применяемая для измерения система, должна оказывать незначительное влияние на механическую устойчивость и электрические свойства щетки.

5 ИЗМЕРЕНИЕ ИЗНОСА ЩЕТКИ

5.1    Износ щетки

5.1.1    Износ щетки WR является характеристикой щеточного материала, на который влияют электрические, механические и внешние факторы.

5.1.2    Износ щетки определяют по формуле

11

(Расчет, по которому выведена эта формула, представлен в Приложении А.)

где А — площадь поперечного сечения щетки, м²;

WR — средняя интенсивность износа (объемная), м³/м;

А г— средний А г (износ), измеренный в различных точках поверхности щетки, м;

/tot ^— длина следа, оставленного щеткой, м.

Если поперечное сечение щетки принять за постоянное значение, формула примет вид    _

WR* =    ,

где WR* — средняя линейная интенсивность износа щетки, м/м.

Линейная интенсивность износа является наиболее распространенным на практике способом выражения интенсивности износа щетки.

5.1.3    Единицы измерения, в которых может быть выражен износ щетки, в большей степени обусловлены областью ее применения.

5.1.4    Скорость износа щетки (интенсивность износа) принято выражать в следующих единицах:

—    мм/1000 ч (длина износа щетки на 1000 ч наработки);

—    мм/мм (длина износа щетки на 110^ м пути, пройденного щеткой по поверхности скольжения).

Износостойкость щетки обычно выражают в следующих единицах:

—    ч/мм (время работы щетки на длину ее износа);

—    миля/дюйм (длина пути, пройденного щеткой по поверхности скольжения, на длину износа щетки).

Примечания

1    Независимо от продолжительности испытания результат должен быть выражен в вышеуказанных единицах.

2    Вышеуказанное требование не распространяется на установившуюся практику испытания машин.

5.2 Измерение износа щетки

5.2.1 Начальные и конечные измерения длины щетки следует проводить в одном и том же месте щетки или по линии, параллельной оси г, по возможности, одним и тем же измерительным инструментом или другим инструментом, но с той же точностью (см. рисунки 7 и 8).

ГОСТ Р МЭК 773-96

5.2.2    Выбор инструмента: микрометра, штангенциркуля с нониусом или глубиномера, используемых для измерения, будет определяться, в основном, величиной износа щеток.

Применяемый инструмент должен обеспечивать измерение с погрешностью +2,5 % и ниже.

5.2.3    Для измерения щеток сложной формы в микрометр вставляют устройство, обеспечивающее правильное положение измеряемой щетки.

При этом выбор конфигурации измеряющей части микрометра зависит от профиля измеряемого образца.

6 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

6.1    Общие требования

6.1.1    Поскольку не все необходимые рабочие характеристики можно измерить на одном испытательном оборудовании, требуются различные типы испытательного оборудования. Оно должно быть выполнено таким образом (см. разделы 3—5), чтобы необходимые рабочие характеристики щетки можно было легко и точно измерить.

6.1.2    Следует иметь в виду, что вследствие различных переменных величин и отсутствия коммутации на этих машинах абсолютные значения, полученные на таком испытательном оборудовании, будут отличаться от полученных на реальных машинах. Кроме того, вследствие вышеизложенных причин и различных условий окружающей среды идентичные результаты можно не получить и на оборудовании аналогичного типа и конструкции.

6.2    Испытательные стенды для щеток, используемых на коллекторных электрических машинах

13

ГОСТ Р МЭК 773-96

6.2.1    Кольца для испытаний

Вследствие причин, указанных в 6.1, нельзя создать единственную «стандартную» испытательную машину, а машины, в соответствии с нижеприведенными требованиями, должны обеспечить возможность получения удовлетворительных результатов.

6.2.1.1    Материал испытательных колец

Испытательное кольцо должно быть изготовлено из меди, как указано в таблице 1 Публикации МЭК 356, и иметь твердость от 85 до 110 HV (алмазная пирамида Виккерса) или от 80 до 105 НВ (стальной шарик).

6.2.1.2    Размеры испытательных колец

Диаметр испытательного кольца должен быть не менее 200 и не более 300 мм. Осевые пазы, равномерно расположенные по поверхности кольца, нарезают с шагом т от 5 до 7,5 мм.

Соотношение между тангенциальным размером t щетки и числом сегментов, перекрываемых щеткой с целью снижения риска от механического резонанса, должно быть

кт Ф q, (см. рисунок 9а)

где к — целое число, равное 2, 3 или 4, a q — переменная величина такая, что t — b < g < t + b, где t — толщина щетки; b — ширина паза.

Рисунок 9

ГОСТ Р МЭК 773-96

Ширина b пазов должна быть от 0,8 до 1,0 мм, а глубина — от 1 до 3 мм. Аксиальная длина кольца с пазами должна быть равной размеру а испытуемой щетки плюс не менее 6 мм.

6.2.1.3 Подготовка испытательного кольца

а) Каждый сегмент должен иметь тот же радиус, что и все кольцо (рисунок 10).

б)    Геометрическая деформация кольца и биение при медленном вращении в собственных подшипниках не должны быть более 0,01 мм. Кроме того, при рабочей скорости не должно возникать существенной вибрации вследствие разбаланса. Испытания следует проводить при скорости, отличающейся от критической скорости.

в)    Заданная точность достигается, если кольцо было проточено алмазным резцом или резцом из карбида вольфрама со скоростью, по возможности близкой к самой высокой скорости испытания; кольцо при этом должно быть установлено в собственных подшипниках. Все заусенцы и металлическая стружка должны быть удалены из пазов и с краев пазов перед испытанием, во время чистки следует удалить минимально возможное количество металла, чтобы предотвратить образование скосов (фасок) на краях пазов.

г)    Во избежание образования «вогнутости» сегментов (рисунок 11)

15

следует ограничить использование наждачной бумаги или ткани при удалении следов от режущего инструмента и/или получении зеркальной поверхности.

д) Шероховатость R_d должна быть в пределах 0,8 мкм < R_d <1,2 мкм.

Кривая С представляет профиль шероховатости поверхности по длине L.

D — средняя линия такая, что Ц ■S'i = Ц ^ •

R_d — среднее арифметическое значение отклонения профиля между С и D, которое является средним арифметическим абсолютных значений высот h: h\, hj, /*з, ... , h_n (рисунок 12).

L

Такая шероховатость может быть легко получена при слабом прижатии соответствующего мелкозернистого шлифовального камня к поверхности кольца.

6.2.2 Щетки

6.2.2.1 На испытательном кольце предпочтительно устанавливать по четыре щетки на равном расстоянии друг от друга, как показано на рисунке 13.

Полярность щеток должна чередоваться.

ГОСТ Р МЭК 773-96

Содержание

Нормативные ссылки.................................IV

1    Область применения............................... 1

2    Единицы измерений, обозначения и определения...........1

3.Измерение падения напряжения в щеточном контакте.......5

4    Измерение    коэффициента трения...................... 9

5    Измерение    износа щетки............................11

6    Технические характеристики испытательного оборудования . . 13

7    Режимы и рабочие условия испытаний..................21

8    Источники    тока для испытаний щеток..................24

Приложение А Определение формулы скорости износа

щетки..............................26

Приложение Б Измерение температуры щеток, испытательных колец и влажности окружающего

воздуха.............................28

Приложение В Динамометр в качестве альтернативной испытательной машины для измерения коэффи

циента трения........................31

Приложение Г Допустимая точность и воспроизводимость

измерений...........................33

III

ГОСТ Р МЭК 773-96

0

Если по какой-либо причине необходимо работать с двумя щетками, то угол между ними должен быть 90 или 180°.

Если ось кольца горизонтальная, то расположение щеток должно быть как показано на рисунке 13. Если ось вертикальная, то расположение щеток имеет второстепенное значение.

6.2.2.2 Размеры щеток для испытания

Таблица 1 В миллиметрах

Размеры Марки щеток (см. пункт 2.4) EG, NG, MG BG CG, HG t 12,5; 16,0; 20,0 10,0; 12,5 10,0; 12,5; 16,0 а 25,0 25,0 25,0 г 40,0 40,0 40,0

Примечание — Допуски — в соответствии с ГОСТ 12232.

Для повышения механической устойчивости щетки должны быть изготовлены с углом скоса 7,5° (волочащимися).

17

ГОСТ Р МЭК 773-96

Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12232-89 Щетки электрических машин. Размеры и методы определения переходного электрического сопротивления между щеткой и токоведущим проводом и определения усилия вырывания токоведущего провода

ГОСТ 21888-82 (МЭК 276—68) Щетки, щеткодержатели, коллекторы и контактные кольца электрических машин. Термины и определения

МЭК 50 (131)—78 Международный электротехнический словарь. Глава 131. Электрические и магнитные цепи

МЭК 50(551)—78 Международный электротехнический словарь. Глава 551. Силовая электроника

МЭК 51—84* Аналоговые прямопоказывающие электроизмерительные приборы и их принадлежности

МЭК 356—71 Размеры коллекторов и контактных колец

■Действуют ГОСТ 8711-93, ГОСТ 8476-93, ГОСТ 30012.1-93

IV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЩЕТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Методы испытаний и средства измерений рабочих характеристик

Brushes for electrical machines.

Test methods and apparatus for measurement of the operational characteristics

Дата введения 1998—01—01

1    ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на щетки электрических коллекторных машин и машин с контактными кольцами и устанавливает методы испытаний и средства измерений рабочих характеристик щеток.

Стандарт не распространяется на щетки машин малой мощности и автотракторных электрических машин.

2    ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1 Индексы

Индекс	Значение индекса	Пример
+	Положительная полярность	U+
—	Отрицательная полярность	U-
~	Переменный ток или напряжение	/~ или U ~
В	Щетка	Jb'Q'b
С	Коллектор или контактное кольцо	Гс
н	Щеткодержатель	Гн
Г	Радиальное направление	Fr
t	Тангенциальное направление	Ft
tot	Полные (общие) значения	Ut ot
	Средние значения	w

Издание официальное

2.2 Единицы измерения геометрических величин и обозначения

Обозначение Наименование и определение Единица измерения 1, hot Длина, полный путь скольжения м 1, b, г, cl, t, а Размеры на рисунках мм Гс Радиус коллектора или контактного кольца м, мм гв Радиус поверхности скольжения щетки м, мм t, а, г Размеры щетки мм А Площадь м2, мм2 Ra Шероховатость поверхности мкм Ав Площадь поверхности щетки (скользящей поверхности) м2, мм2 V Объем м , мм Nb Число щеток шт к Число сегментов под щеткой шт т Шаг паза мм h Шаг винтовой канавки мм ь Ширина паза м, мм Г Длина новой щетки мм п Длина изношенной щетки мм Av Объем изношенной части щетки мм А г Длина изношенной части щетки (износ) (г-п) мм WR Интенсивность износа (объемная) V/ltot м3/м,мм3/м WR* Интенсивность износа (линейная) Дг/hot м/м, мм/к

2.3 Единицы измерения и обозначения электрических характеристик

Обозначение Наименование и определение Единица измерения Utot Общее падение напряжения щетки (между наконечником щетки и коллектором или контактным кольцом) в Utot Общее падение напряжения на паре щеток Utot+ + Utot— или 2 Utot~ в Us Падение напряжения на токоведущем проводе щетки В, мВ Up Падение напряжения в месте крепления токоведущего провода (токоведущий провод в щетку) В, мВ Ub Падение напряжения в щетке В, мВ

Продолжение таблицы

Обозначение Наименование и определение Единица измерения Uc Падение напряжения в щеточном контакте (щетка — коллектор или контактное кольцо) в I, /в Ток, ток в щетке А /в Плотность тока в щетке Ам 2, кА- м 2 R Сопротивление Ом,мОм,кОм, Rb Сопротивление щетки мОм Рв Удельное сопротивление щетки Ом м, мкОм м Ry Внутреннее сопротивление (характеристика вольтметра) Ом/В

2.4 Единицы измерений механических и физических характеристик и обозначения

Обозначение	Наименование и определение	Единица измерения
F	Сила	н
Fb	Сила, прикладываемая к верху щетки	н
Fr	Радиальная составляющая силы	н
Ft	Тангенциальная составляющая силы	н
	Сила трения	н
m	Масса	КГ
G	Вес	н
Pb	Давление щетки	кПа, кН м—2
T	Крутящий момент	Нм
P	Мощность	Вт
Po	Подводимая мощность (испытуемые щетки подняты)	Вт
Ъ	Потери мощности вследствие трения	Вт
	Коэффициент трения
t	Время	с, мин, ч
ts	Время работы (см. приложение А)	ч м-с—1 м-с—1 рад-с-1
V	Скорость
Vt	Линейная (периферийная) скорость
CO	Угловая скорость
/	Частота	Гц 1 об/мин, мин
n	Скорость вращения

Продолжение таблицы

Обозначение Наименование и определение Единица измерения @amb j 'Э’ашЬ Температура окружающего воздуха °с М Температура (по Цельсию) °с 0в, ■Э-в Температура щетки °с 0с,^ с Температура коллектора или контактного кольца °с А0, Л О Повышение температуры к АН Абсолютная влажность г- м—3 RH Относительная влажность % НВ Твердость по Бринеллю HR Твердость по Роквеллу (для щеток: HRB) HS Твердость на склероскопе (твердость по Шору) HV Твердость по Виккерсу EG Марки элс ктро граф ит н ых щеток NG Марки графитных щеток (из натурального графита) BG Марки графитных щеток, пропитанных смолой HG Марки твердоугольных щеток CG Марки угольнографитных щеток MG Марки металлографитных и пропитанных металлом щеток

4

ГОСТ Р МЭК 773-96

3 ИЗМЕРЕНИЕ ПАЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЩЕТОЧНОМ КОНТАКТЕ

3.1 Общее падение напряжения между наконечником щетки и контактным кольцом или коллектором — комплексный параметр, складывающийся из суммы падений напряжения, представленных на рисунке 1. Некоторые из этих падений напряжения необязательно являются омическими.

и*

С.

Обозначения на рисунке 1 взяты из ГОСТ 21888:

U_tot — общее (полное) падение напряжения между наконечником щетки и контактным кольцом или коллектором. Определяют как сумму отдельных падений напряжения между наконечником щетки и контактным кольцом или коллектором;

U§ — падение напряжения в токоведущем проводе и наконечнике; £/р — падение напряжения в месте крепления токоведущего провода в щетку. Это падение определяется в соответствии с ГОСТ 12232;

£/g — падение напряжения в щетке;

JJq — падение напряжения в щеточном контакте.

3.2 Падение напряжения в щеточном контакте ( Uq)

Падение напряжения в щеточном контакте является рабочей характеристикой щетки, обычно имеет неомическую природу и зависит как от внешних факторов, так и от свойств материала щетки.

5

3.2.1    Внешние факторы

Внешние факторы включают в себя давление щетки, плотность тока, материал и состояние поверхности контактного кольца или коллектора, влажность, температуру, окружающую среду, линейную скорость и т.д.

3.3 Когда щетка проводит постоянный ток, то, как правило, наблюдается разница в падении напряжения в щеточном контакте ( Uq) между анодными (положительными) и катодными (отрицательными) щетками и контактным кольцом или коллектором.

3.3.1    Термины «анодная» и «катодная» щетка определены в ГОСТ 21888 (см. рисунки 2 и 3).

Положительная щетка

Анодная щетка Об означение: Uc+ Рисунок 2 — Коллектор (или контактное кольцо) отрицательный Рисунок 3 — Коллектор (или контактное кольцо) положительный 6

---