Расчет электрического сопротивления подвижных твердых и жидкометаллических контактных узлов асинхронных электрических двигателей с фазным ротором
Authors: Егоров А.В. , Смикулис Ю.Е. , Степанова К.С. 
Published: October 2024

Жидкометаллические контактные узлы электрических машин позволяют заменить сухое трение скольжения в традиционном щеточном узле на жидкостное трение. Цель данной работы – расчет электрического сопротивления традиционных твердых и подвижных жидкометаллических галлиевых контактных узлов асинхронных электрических двигателей с фазным ротором. Практическая ценность работы состоит в оценке величины электрического сопротивления жидкометаллических галлиевых контактных узлов для последующего математического моделирования поддержания заданных зазоров в подвижных герметичных посадках жидкометаллических щеточных узлов, работающих в непосредственной близости от источников внутреннего тепловыделения. В ходе исследования установлено, что большую величину электрического сопротивления среди других компонентов в контактном узле асинхронных электрических двигателей с фазным ротором создают электрические щетки. Электрические щетки скользящих контактов асинхронных электрических двигателей с фазным ротором охватывают ограниченную часть контактных колец и поэтому являются источником повышенного сопротивления. Применение жидкометаллических контактных групп на основе галлия позволяет получить значительно меньшее электрическое сопротивление контакта за счет того, что жидкий галлий имеет меньшую величину удельного электрического сопротивления и охватывает всю поверхность наружного диаметра контактного кольца, и тем самым сократить тепловыделение в зоне контактного узла. Минимальным электрическим сопротивлением будет обладать жидкометаллическая контактная группа, в которой в качестве жидкого проводящего металла используется интерметаллид с содержанием галлия 67 %, индия 20,5 %, олова 12,5 %.

Liquid-metal contact assemblies of electrical machines make it possible to replace dry sliding friction in a traditional brush assembly with liquid friction. The purpose of this work is to calculate the electrical resistance of traditional solid and movable liquid-metal gallium contact assemblies of asynchronous electric motors with a phase rotor. The practical value of the work is in estimating the electrical resistance of liquid-metal gallium contact assemblies for subsequent mathematical modelling of maintaining specified gaps in movable hermetic fits of liquid-metal brush assemblies operating in close proximity to sources of internal heat generation. During the course of this research, it was discovered that electric brushes, among other components, are responsible for a significant percentage of the electrical resistance in the contact assembly of asynchronous electric motors with phase rotors. Asynchronous electric motors with a phase rotor's electric brushes for sliding contacts only cover a small portion of the slip rings, which leads to an increase in resistance. Due to the fact that liquid gallium has a lower electrical resistivity and covers the entire surface of the contact ring's outer diameter, using liquid-metal contact groups based on gallium makes it possible to achieve a significantly lower electrical resistance of the contact and, as a result, reduces heat generation in the vicinity of the contact assembly. An inter-metallic combination with a fraction of gallium 67 %, indium 20,5 %, and tin 12,5 % is employed as a liquid conductive metal in the contact group with the lowest electrical resistance.