Metodologia e análise de desempenho na tecnologia de coleta de corrente em máquinas elétricas : estudo de caso em um acionamento ferroviário
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Methodology and performance analysis in current collection technology in electric machines : case study in a railway drive
Primeiro orientador
Membros da banca
Braz de Jesus Cardoso Filho
Alexandre da Silva Scari
Gabriel Alves Mendonça
Alexandre da Silva Scari
Gabriel Alves Mendonça
Resumo
No âmbito das máquinas elétricas rotativas, ainda hoje, a coleta de corrente, seja em comutadores ou em anéis coletores, é muito comum. As condições para a aplicação dessa técnica, presumidamente onerosa, laboriosa e, portanto, obsoleta, ditam o rendimento, a vida útil, a ocorrência de falhas, o número e o custo das manutenções dos diversos equipamentos que utilizam essa tecnologia. Em função da má reputação e, especialmente, por se tratar de um ramo científico interdisciplinar, as especificidades técnicas da coleta de corrente foram relegadas ao esquecimento, resultando numa lacuna de conhecimento.
Este trabalho investiga a interação entre a geometria dimensional, condições ambientais e propriedades físico-químicas, que, sob a influência de aspectos elétricos, magnéticos, mecânicos, químicos e térmicos, determinam o comportamento do contato das escovas com a pista no processo de coleta de corrente de máquinas elétricas rotativas escovadas. Inicialmente, apresenta-se uma revisão bibliográfica focada nos aspectos macroscópicos do fenômeno, explicitando as recomendações empíricas que contribuem para o bom funcionamento dos equipamentos. Na sequência, sobre a ótica micro, discorre-se uma breve investigação dos mecanismos de desgaste, relacionando-os às recomendações anteriormente propostas.
O trabalho também apresenta um estudo de caso de uma máquina de corrente contínua (cc) ferroviária que vinha operando com desgaste anormal no comutador. O desempenho tribológico do contato seco em função do material da escova, da pressão das molas implementada, da corrente de operação e de outras variáveis relevantes foi investigado. O problema foi mitigado através da troca do material e da rigidez das molas. Porém, visando evitar falhas em operação, um ensaio experimental em bancada com a medição da força e da temperatura no contato foi realizado. Ao final, utilizando diversas técnicas, inclusive a microscopia eletrônica de varredura, inspecionou-se a face de contato das escovas submetidas ao teste, concluindo acerca da deposição de cobre à face.
Abstract
Within the scope of rotating electrical machines, even today, the current collection, whether in commutators or slip rings, is very common. The conditions for the application of this technique, presumably expensive, laborious and therefore obsolete, dictate the performance, lifespan, occurrence of failures, the amount and cost of maintenance of the various equipment that use this technology. Due to the bad reputation and, especially, because of its interdisciplinary, current collection technical specificities were, in a way, relegated to oblivion, resulting in a knowledge gap.
This work investigates the interaction among and not between dimensional geometry, environmental conditions and physical-chemical properties, which, under the influence of electrical, magnetic, mechanical, chemical and thermal aspects, determine the behavior of the brushes contact with the track in the process of collecting current from brushed rotating electrical machines. Initially, we present a literature review focused on the macroscopic aspects of the phenomenon, explaining the empirical recommendations that contribute to the proper functioning of the equipment. Next, from a micro perspective, a brief investigation of wear mechanisms is developed, relating them to the recommendations presented above.
The work also presents a case study of a direct current (dc) railway machine, that had been operating with abnormal wear on the commutator. The tribological performance of the dry contact was investigated as a function of the brush material, the implemented spring pressure, the operating current and other relevant variables. The problem was mitigated by changing the material of the brushes and the stiffness of the springs. However, in order to avoid failures in operation, an experimental bench test with the measurement of force and temperature in the contact. At the end, using several techniques, including scanning electron microscopy, the contact face of the brushes submitted to the test was inspected, concluding about the copper deposition to the face.
Assunto
Engenharia elétrica, Correntes elétricas, Desgaste mecânico, Atrito, Máquinas elétricas - Corrente contínua, Motores elétricos de corrente contínua
Palavras-chave
Coleta de corrente, Comutação, Atrito, Temperatura de contato, Desgaste