Експлуатаційна надійність електромагнітних пускачів з композиційними контактними матеріалами (на прикладі електроустановок в тваринництві) - Автореферат

Повязуючи все вищезгадане, актуальним і перспективним завданням є розробка заходів, які б дозволили підвищити ефективність і експлуатаційну надійність електромагнітних пускачів завдяки застосуванню в них економічно доцільних композиційних контактних матеріалів на основі міді, придатних для роботи в умовах сільського господарства, а також їх оперативного ремонту. Дана дисертаційна робота виконана на кафедрі електричних машин і експлуатації електрообладнання Національного аграрного університету і є частиною науково-дослідних робіт факультету електрифікації і автоматизації сільськогосподарського виробництва, що виконуються на основі бюджетного фінансування за темами “Підвищення експлуатаційної надійності електрообладнання в сільському господарстві”, (№ 0194 U 025348); “Розробка і випробування спечених контактних матеріалів на основі міді для електричних апаратів сільськогосподарського виробництва”, (№ 54/68), “Розробка і виготовлення спечених контактних матеріалів на основі міді для електричних апаратів електротранспорту”, (№ 54/70). провести аналіз існуючих контактних матеріалів, які застосовуються в електромагнітних пускачах, визначити можливі шляхи економії срібла та провести лабораторні кліматичні випробування на корозійну тривкість альтернативних контактних матеріалів на основі міді за розробленою методикою; розрахувати значення глибини проплавлення, величини електричної ерозії та терміну служби контактів на базі вдосконаленої математичної моделі теплових процесів в комутуючих пристроях електромагнітних пускачів. вперше розроблена методика проведення лабораторних кліматичних випробувань з хімічно-активними домішками для контактів і контактних матеріалів та за допомогою неї проведено дослідження корозійної тривкості та перехідного опору зразків контакт-деталей, виготовлених зі сплавів на основі міді;Із великого числа показників надійності пускача основними вибрані такі параметри комутуючого пристрою: комутаційна зносостійкість Тк (характеризується електроерозійним зносом), надійність контактування (контактний перехідний опір Rпер), стійкість проти зварювання, а в цілому для пускачів - середній термін служби Тсл. Підсумовуючи результати наших спостережень і спираючись на обґрунтовані висновки інших дослідників експлуатації електрообладнання в сільському господарстві, можна констатувати, що причинами несправностей та низькими експлуатаційними показниками надійності пускачів є: вплив умов оточуючого середовища на комутуючий пристрій; Огляд літературних джерел по контактним матеріалам показує, що в основному використовуються контакти, які виготовлені на основі срібла з добавками (Ni, Cu, CDO). Вказується, що одним з економічних і перспективних шляхів підвищення надійності пускачів є застосування нових композиційних контактних матеріалів на основі міді без зміни конструкції і зі збереженням їх службових функцій (для струмів 10?25А). Зміна ваги (маси) контакту Dm (рухомого і нерухомого) після деякого числа циклів комутації кола визначали як: (1) де m 1 - маса контакту перед початком комутаційних випробувань, г;Електромагнітні пускачі, що серійно випускаються і широко використовуються у сільськогосподарському виробництві, не відповідають вимогам щодо захисту від впливу агресивного навколишнього середовища тваринницьких приміщень. Виявлено вплив сили струму, характеру навантаження параметрів навколишнього середовища, фізико-механічних властивостей матеріалів (температури плавлення, твердості, теплоємності, роботи виходу електронів, мікроструктури) на параметри, які визначають надійність контактної системи. Встановлено, що електроерозійний знос контактів пускачів пропорційний силі струму, числу циклів комутації, фізико-механічним властивостям контактного матеріалу та його структурі. Наявність гранично допустимої концентрації сірководню, аміаку в атмосфері тваринницьких ферм (до 20?35 мг/м3) при вологості (95?100%) підвищує перехідний опір серійних контактів в 5?7 разів, а дослідних металокерамічних на основі міді - в 2?3,5 рази. Проведені дослідження нових контактних матеріалів з метою оцінки електроерозійної стійкості, надійності контактування, мікроструктурні дослідження з використанням мікроскопу “Cambridge Stereoscan” S4-10, дослідження тривалості горіння дуги між контактами з використанням двохпроменевого запамятовуючого осцилографу С8-14 дозволяють зробити висновок щодо можливості застосування нових вищеназваних матеріалів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Електромагнітні пускачі, що серійно випускаються і широко використовуються у сільськогосподарському виробництві, не відповідають вимогам щодо захисту від впливу агресивного навколишнього середовища тваринницьких приміщень. Найбільш ненадійним і недовговічним елементом в ЕМП є контактна система, доля відмов якої складає 40?80% від загального числа.

2. Запропонована методика кліматичних досліджень матеріалів і пускачів, створена лабораторна установка для випробування контактних систем.

3. Виявлено вплив сили струму, характеру навантаження параметрів навколишнього середовища, фізико-механічних властивостей матеріалів (температури плавлення, твердості, теплоємності, роботи виходу електронів, мікроструктури) на параметри, які визначають надійність контактної системи.

4. Встановлено, що електроерозійний знос контактів пускачів пропорційний силі струму, числу циклів комутації, фізико-механічним властивостям контактного матеріалу та його структурі.

5. Наявність гранично допустимої концентрації сірководню, аміаку в атмосфері тваринницьких ферм (до 20?35 мг/м3) при вологості (95?100%) підвищує перехідний опір серійних контактів в 5?7 разів, а дослідних металокерамічних на основі міді - в 2?3,5 рази.

6. Розроблені нові композиційні контактні матеріали із застосуванням міді (пат. №1792445 А3, пат. №1790821, пат. №2026580 РФ), нові матеріали для контактних пар із значним зниженням срібла (а.с. №1775739 А1, а.с. №1690501 А1 СРСР).

7. Проведені дослідження нових контактних матеріалів з метою оцінки електроерозійної стійкості, надійності контактування, мікроструктурні дослідження з використанням мікроскопу “Cambridge Stereoscan” S4-10, дослідження тривалості горіння дуги між контактами з використанням двохпроменевого запамятовуючого осцилографу С8-14 дозволяють зробити висновок щодо можливості застосування нових вищеназваних матеріалів.

8. Вдосконалена математична модель теплових процесів для контактів пускачів. Вперше обраховано величини глибин проплавлення, електричної ерозії та терміну служби контактів електромагнітних пускачів з дослідженими матеріалами, що дозволяє прогнозувати їх механічну Тм та комутаційну зносостійкість Тк в залежності від сили струму, кількості циклів комутації та хімічно-активних домішок в оточуючому середовищі.

9. Розроблена технологія технічного обслуговування та відновлення контактних систем пускачів із застосуванням створених композиційних контактних матеріалів на основі міді, яка дає можливість зменшити витрати коштів в 2?3 рази в порівнянні з серійними контактними матеріалами. Вказана технологія впроваджена на підприємствах агропромислового комплексу Київської, Чернігівської областей, а також в тролейбусних ремонтно-експлуатаційних підприємствах м.Києва, Чернігова, Житомира.

Кохановский С.П., Наливайко В.А., Коробский В.В. Влияние энергии электрической дуги на надежность контактов электромагнитных пускателей типа ПМЛ - 1200 // Электрические контакты. Пути повышения качества и надежности. - К.: - ИПМ АН УССР. - 1987. - С. 53-57. (Доля здобувача - 45%: належить ідея та проведення експерименту з метою отримання осцилограм).

Донцова Т.А., Зайцев А.Е., Братерская Г.Н., Кохановский С.П., Коробский В.В. Применение порошковых композиций серебро-металл в качестве материала для электрических контактов и электродов при электроискровом легировании // Электрические контакты и электроды. - К.: ИПМ АН УССР. - 1991. - С. 101-105. (Доля здобувача - 40%: належить проведення комутаційних випробувань, обробка експериментальних даних, обгрунтування рекомендацій застосування подвійних систем срібло-метал).

Крячко Л.А., Кохановский С.П, Коробский В.В. Перспективы использования электроискровых покрытий для крепления электрических контактов // Электронная обработка материалов. - Кишинев: Академия наук республики Молдова. Институт прикладной физики: “Штиинца”. - 1991. - №6 .- С.18-20. (Доля здобувача - 50%: отримання експериментальних зразків покриттів, розробка методики проведення випробувань, обгрунтування їх застосування в електричних апаратах).

Кохановский С.П., Коробский В.В. Влияние электрической дуги на работу контактов электромагнитных пускателей типа ПМЛ-1200.04 // Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. - К.: УДАУ. - 1993. - С. 108-118. (Доля здобувача - 75%: формування постановки задачі, розробка методики проведення випробувань (частково), статистичний обробіток експериментальних даних).

Братерская Г.Н., Лавренко В.А., Кохановский С.П., Коробский В.В. Коррозионная стойкость электроконтактных материалов на основе меди в агрессивных средах // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 1993. - №2. - С. 56-60. (Доля здобувача - 60%: належить постановка завдання досліджень, розробка методики проведення кліматичних випробувань, обробіток експериментальних даних, попередні рекомендації по вибору контактних матеріалів для апаратів).

Коробський В.В. Вплив кліматичних факторів тваринницьких ферм і приміщень на роботу контактів електромагнітних пускачів // Науковий вісник Національного аграрного університету. - Київ: НАУ. - 1998. - №3. - С. 168-171.

Крячко Л.А., Кохановский С.П., Коробский В.В., Смирнов В.П. Эрозионная стойкость контактов из композиции Ag - CAF2 // Порошковая металлургия. - 1998. - №11/12. - С. 42-52. (Доля здобувача - 40%: забезпечення проведення експериментальних досліджень, часткове обгрунтування застосування розроблених композицій).

Радько І.П., Коробський В.В. Експлуатаційні фактори, які впливають на надійність електричних апаратів і їх рангова кореляція // Электрические контакты и электроды. - К.: НАН України, ІПМ. - 2001. - С. 165-175. (Доля здобувача - 75%: формування завдання досліджень, застосування методу рангової кореляції, обробіток експериментальних даних та їх теоретичне обгрунтування).

А.с. №1775739 А1 СРСР, МКИ5 H 01 H 1/04, C22 C9/00. Контактна пара /Г.М.Братерська, С.П.Коханівський, Т.О.Донцова, М.Ф.Сагач, І.П.Радько, В.А.Наливайко, В.В.Коробський (СРСР); УСГА. - №4877782/02; Заявл. 12.09.90. Опубл. 15.11.92, Бюл. №42. - 2 с. (Доля здобувача - 40%: проведення досліджень електричної ерозії, зварювання; обгрунтування структури матеріалу).

Пат. №1792445 А3 СРСР, МКИ5 С 22 С9/00, Н 01 Н 1/02. Спечений матеріал для електричних контактів на основі міді / Г.М.Братерська, С.П.Коханівський, Т.О.Донцова, В.А.Наливайко, В.В.Коробський, А.М. Мрачківський (СРСР); УСГА. - №5009871/02; Заявл. 03.07.91; Опубл. 30.01.93, Бюл. №4. - 3 с. (Доля здобувача - 45%: проведення патентного пошуку, обгрунтування вибору типу контактного матеріалу).

А.с. №1677723 СРСР, МКИ5 Н 01 Н 1/02, С 22 С9/00. Спечений матеріал на основі міді для електричних контактів / Т.О.Донцова, Г.М.Братерська, С.П.Коханівський, В.А.Наливайко, В.В.Коробський, А.А. Григорьев (СРСР); УСГА. - №4755177/02; Заявл. 01.11.89; Опубл.15.09.91, Бюл. №34.-2 с. (Доля здобувача - 50%: проведення досліджень електричного опору, уточнення відсоткового складу компонентів матеріалу).

А.с. №1690501 А1 СРСР, МКИ5 Н 01 Н 1/04, 1/02. Контактна пара низьковольтного електричного апарату / Г.М.Братерська, С.П.Коханівський, Т.О.Донцова, В.А.Наливайко, В.В.Коробський, І.П. Радько (СРСР); УСГА і ІПМ АН УРСР. - №4623915/02; Заявл. 23.12.88. (для службового користування). Відкритим друком не опубліковано. (Доля з добувача - 45%: проведення досліджень корозійної стійкості, порівняльний аналіз прототипів).

А.с. №1646435 А1 СРСР, МКИ5 Н 01 Н 1/02, С 22 С 5/06. Спечений матеріал на основі срібла для електричних контактів / Л.О.Крячко, С.П.Коханівський, В.А.Наливайко, В.В.Коробський, М.О.Чуєнко, А.В.Чигиринський, (СРСР); УСГА і ІПМ АН УРСР. - №4642280/02; Заявл. 26.01.89. (для службового користування). Відкритим друком не опубліковано. (Доля здобувача - 40%: проведення патентного пошуку).

А.с. № 1780332 А1 СРСР, МКИ5 С22 С5/06, Н 01 Н 1/02, В 23 Н 1/ 06, 3/06. Спечений матеріал на основі срібла для електроіскрового легування / Л.О.Крячко, С.П.Коханівський, В.А.Наливайко, В.В.Коробський.(СРСР); УСГА. - №4849214/02; Заявл. 09.06.90 г.( для службового користування). Відкритим друком не опубліковано. (Доля здобувача - 40%: дослідження твердості компонентів матеріалу та ефективності легування).

Пат. №1790821 СРСР, МКИ5 Н 01 Н 1/02, С 22 С 9/00. Спечений електроконтактний матеріал на основі міді / Г.М.Братерська, С.П.Коханівський, Т.О.Донцова, В.А.Наливайко, М.Ф.Сагач, В.В.Коробський. (СРСР); УСГА і ІПМ АН УРСР. - Заявл. 22.05.91. (для службового користування). Відкритим друком не опубліковано. (Доля здобувача - 50%: дослідження електричної ерозії, обгрунтування відсоткового складу компонентів матеріалу).

Пат. №2026580 РФ, МКИ6 Н 01 Н 1/02, С 22 С 5/06, 1/05. Спечений матеріал на основі срібла для електричних контактів / С.П.Коханівський, Г.М.Братерська, Т.О.Донцова, В.А.Наливайко, В.В.Коробський, В.В.Гриневич, В.Є.Косматий (Україна); УГАУ. - №5029742/02; Заявл. 08.07.91; Опубл. 10.01.95, Бюл. №1. - 3 с. (Доля здобувача - 45%: проведення досліджень електроерозійної стійкості зразків матеріалів та патентний пошук).

Сагач М.Ф., Братерская Г.Н., Кохановский С.П., Коробский В.В., Наливайко В.А. Повышение надежности коммутационных аппаратов в животноводческих помещениях // Тез. докл. республиканской конференции “Задачи трибологии в проблеме повышения качества, надежности и долговечности машин”. - К.: УСХА - 1990. - С. 35. (Доля здобувача - 40%: обгрунтування шляхів підвищення експлуатаційної надійності апаратів).

Братерская Г.Н., Кохановский С.П., Коробский В.В., Радько І.П. Влияние природи вводимых тугоплавких добавок на характер эрозии поверхности контактных материалов в процессе коммутации тока // Тез. докл. VII всесоюзной научно-технической конференции “Состояние и перспективы развития аппаратов низкого напряжения”. - Харьков: ВНИИЭЛЕКТРОАППАРАТ.- 1990. - С. 54-55. (Доля здобувача - 45%: проведення випробувань, обробіток експериментальних даних та узагальнення результатів зміни характеру ерозії).

Коханівський С.П., Наливайко В.А., Коробський В.В. Вплив хімічного середовища на роботу комутаційніх апаратів // Тези доповідей наукової конференції професорсько-викладацького складу та аспірантів “Проблеми агропромислового комплексу: пошук, досягнення”. - К.: УДАУ. - 1993. - С. 150.(Доля здобувача - 55%: формування постановки задачі, розробка методики проведення випробувань).

Коробский В.В. О методике климатических испытаний электроконтактных материалов и пускателей // Сб. докл. Междунар. конф. “Электрические контакты” (“ЭК-2002”). - Санкт-Петербург: РНТОЭ, научно-техн. совет при губернаторе Санкт-Петербурга. - 2002.- С. 126.