Какие причины вызывающие искрение возникают при замедленной коммутации

§ 27.5. Круговой огонь по коллектору

При значительных перегрузках или внезапном коротком за­мыкании машины постоянного тока коммутация приобретает рез­ко замедленный характер. В этом случае между сбегающей кол­лекторной пластиной и сбегающим краем щетки возникает электрическая дуга. Так

Рис. 27.13. Растяжение электрической дуги на вращающемся коллекторе (а)

и расположение между щетками (б)

как коллектор вращается, то дуга механи­чески растягивается (рис. 27.13, а). Наря­ду с этим перегрузка машины сопровожда­ется усилением реак­ции якоря, под действием которой распре­деление индукции в воздушном зазоре машины становится не­ равномерным (см. рис. 26.4, в). В результате напряжение между соседними коллекторными пластинами увеличивается, превышая допустимые пределы (см. § 25.5). Это, с одной стороны, может привести к возникновению электрических дуг между смежными пластинами, а с другой стороны, появление высокого потенциала на некоторых пластинах вызывает резкое повышение напряжения между щеткой и коллекторными пластинами по мере их удаления от сбегающего края щетки. Все это создает условия для возникнове­ния электрической дуги между щеткой и коллекторными пластинами.

Таким образом, в условиях значительной перегрузки в машине постоянного тока появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. При этом электрические дуги, вызванные коммутационными при­чинами, сливаются с дугами, вызванными потенциальными при­чинами, образуя вокруг коллектора мощную электрическую дугу, которая может перекинуться также и на корпус машины. Описан­ное явление называется круговым огнем по коллектору. Круговой огонь очень опасен, так как может привести к тяжелой аварии ма­шины, включая возникновение в машине пожара.

Добавочные полюсы и компенсационная обмотка хотя и ос­лабляют опасность возникновения кругового огня, но полностью ее не устраняют. Поэтому для защиты обмотки якоря от повреж­дения электрической дугой в случае возникновения кругового огня в электрических машинах, работающих в условиях частых пере­грузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран. В некоторых машинах применяют воздушное дутье, сдувающее дугу в сторону подшипника, защищенного теп­лостойкой изоляционной перегородкой. Для создания препятствия на пути распространения дуги между щетками разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала (рис. 27.13, б).

§ 27.6. Радиопомехи от коллекторных машин и способы их подавления

При неудовлетворительной коммутации коллекторная машина становится источником радиопомех, ухудшающих качество ра­диоприема, а иногда делающих его невозможным, поэтому уро­вень индустриальных радиопомех не должен превышать значений, определяемых действующими нормами.

Радиопомехи распространяются дву­мя путями: по эфиру (электромагнитное излучение) и через электросеть. Для по­давления помех, распространяемых по эфиру, электрические машины экрани­руют. В качестве экрана используют за­земленный корпус машины. Если со сто­роны коллектора в машине имеются окна, то их следует закрыть металлическим колпаком или сеткой, обеспечив им на­дежный контакт с корпусом машины.

Рис. 27.14. Схема вклю­чения помехозащитного фильтра

Для подавления помех, проникающих от машины в сеть, применяют симметри­рование обмоток и включение фильтров. Симметрирование обмоток состоит в том, что каждую обмотку, включенную после­довательно в цепь якоря, разделяют на две равные части и присоединяют сим­метрично к щеткам разной полярности.

Применение фильтров — основной способ подавления радиопо­мех. Для большинства машин достаточно установить емкостный фильтр в виде конденсаторов, включаемых между каждым токо­несущим проводом и корпусом машины (рис. 24.14). Значение ем­кости конденсаторов подбирают опытным путем, при этом они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение машины. Для фильтров предпочтительны проходные конденсаторы типа КБП, у которых одним из зажимов является металлическая обо­лочка, прикрепляемая непосредственно к корпусу машины.

Контрольные вопросы

1.Какие причины могут вызвать искрение на коллекторе?

2.Какие степени искрения предусмотрены ГОСТом? Дайте каждой из них ха­рактеристику и укажите условия допустимости.

3.Почему прямолинейная коммутация не сопровождается искрением?

4.Какие причины, вызывающие искрение, возникают при замедленной комму­тации?

5.Объясните назначение и устройство добавочных полюсов.

6.Каковы причины, способные вызвать круговой огонь по коллектору? 7.Как можно снизить уровень радиопомех в коллекторной машине?

6.3 Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При вращении машины коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины на другую сопровождается переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменением значения и направления тока в секции. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую называется коммутацией. Различают при этом два вида коммутации: прямолинейная коммутация, при которой ток коммутирующей секции изменяется по прямолинейному закону; криволинейная коммутация, когда процесс изменения направления тока затягивается во времени, а признаком является неодинаковая плотность тока под щеткой в периоде коммутации.

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щеток.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и коммутационные.

Механические причины искрения – слабое давление щеток на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступление миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щеткодержателей, а также другие причины, вызывающие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появляются при возникновении напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение. В этом случае искренне наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационные причины искрения создаются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начинать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труднее обнаружить и устранить коммутационные причины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраивают темную коммутацию, исключающую какое-либо искрение. Однако в процессе эксплуатации машины, по мере износа коллектора и щеток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходимо остановить для выяснения и устранения причин искрения. Однако небольшое искрение в машинах общего назначения обычно допустимо.

Согласно ГОСТ, искрение на коллекторе оценивается степенью искрения: степень 1 – искрение отсутствует (темная коммутация); степень 1 1 / 4 – незначительное искрение под щеткой, не вызывающее почернение коллектора появление нагара; степень 1 1/2 – слабое искрение под большей частью щетки, следы почернения, которые легко устраняются путем протирания поверхности коллектора; степень 2 – искрение под всем краем щетки (приводит к появлению неустраняемых следов почернения и нагара); степень 3 – значительное искрение с появлением крупных вылетающих искр, приводящее к неустраняемому почернению коллектора.

Если в паспорте машины не указана степень искрения, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1 1/2 .

Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соот­ветствии с допустимой плотностью тока для вы­бранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка прилегает к коллектору не всей поверхно­стью, то возникают чрезмерные местные плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и ком­мутационные.

Механические причины искрения – сла­бое давление щеток на коллектор, биение коллекто­ра, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щет­кодержателей, а также другие причины, вызываю­щие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появ­ляются при возникновении напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышаю­щего допустимое значение (см. § 25.5). В этом слу­чае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электри­ческих дуг.

Коммутационные причины искрения соз­даются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из од­ной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начи­нать с механических, так как их обнаруживают ос­мотром коллектора и щеточного устройства. Труд­нее обнаружить и устранить коммутационные причины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраивают темную коммутацию, исключающую какое-либо искрение. Од­нако в процессе эксплуатации машины, по мере износа коллектора и щеток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходи­мо остановить для выяснения и устранения причин искрения. Однако небольшое искрение в машинах общего назначения обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается степе­нью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Степень 1 — искрения нет (темная коммутация).

Степень 1 1/ ₄— слабое искрение под небольшой частью щет­ки, не вызывающее почернения коллектора и появления нагара на щетках.

Степень 1 1/ ₂— слабое искрение под большей частью щет­ки, приводящее к появлению следов почернения на коллекторе, легко устраняемого протиранием поверхности коллектора бензи­ном, и следов нагара на щетках.

Степень 2 — искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и при перегрузке. Приводит к появлению следов почернения на коллекторе, не уст­раняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках.

Степень 3 — значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных вылетающих искр, приводящее к значи­тельному почернению коллектора, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также к подгару и разруше­нию щеток. Допускается только для моментов прямого (безрео­статного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для даль­нейшей работы.

Если допустимая степень искрения в паспорте электрической машины не указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1 1/ ₂.

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на дру­гую (набегающую) сопровождается переключением секции об­мотки из одной параллельной ветви в другую и изменением как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс пере­ключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопро­вождающие его явления называются коммутацией.

Секция, в которой происходит коммутация, называется ком­мутирующей, а продолжительность процесса коммутации — пе­риодом коммутации:

где b_щ— ширина щетки; К — число коллекторных пластин;n— частота вращения якоря, об/мин;b_к— расстояние между серединами соседних коллекторных пластин (коллекторное деление).

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допуска­ют, что ширина щетки равна коллекторному делению; щетки рас­положены на геометрической нейтрали; электрическое сопротив­ление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по срав­нению с сопротив­лением переходного

контакта «щетка— коллектор» пренеб­режимо мало (обыч­но такое соотноше­ние указанных со­противлений соот­ветствует действи­тельности).

Рис. 27.1. Переход коммутирующей секции

из одной параллельной ветви в другую

В начальный момент коммутации (рис. 27.1, а) контактная поверхность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней равен i_a. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате комму­тирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней по­степенно уменьшается. В середине процесса коммутации (t= 0,5T_К) контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рис. 27.1, б). В конце коммутации (t=T_к) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакт с пла­стиной 1 (рис. 27.1, в), а ток в коммутирующей секции становится равным —i_a, т. е. по значению таким же, что и в начале коммута­ции, а по направлению — противоположным. При этом коммути­рующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

Понравилась статья? Не забудь поделиться с друзьями:

Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При работе машины постоянного тока щётки и коллектор образуют скользящий контакт. Щётки выбирают в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щёток, а площадь контакта – по значению рабочего тока, приходящегося на одну щётку.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе разделяют на механические, потенциальные и коммутационные. Коммутация – это процесс переключения секции якоря из одной параллельной ветви в другую.

1). Механические причины искрения – слабое давление щёток на коллектор, биение коллектора, загрязнение или негладкость поверхности коллектора, выступление миканитовой изоляции над пластинами, неплотное закрепление траверсы или щёткодержателей, т. е. любые причины, нарушающие контакт между щётками и коллектором.

2). Потенциальные причины искрения – появляются при возникновении напряжения между коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение (30 В при мощности машины до 1 кВт и 16 В при мощности машины более 1 кВт).

3). Коммутационные причины искрения – создаются физическими процессами при переходе секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Искрение на коллекторе оценивается классом коммутации (степенью искрения) под сбегающим краем щётки:

— степень 1 – тёмная коммутация (искрения нет),

— степень 1 — слабое искрение,

— степень 1 — слабое искрение под большей частью щётки и почернение коллектора,

— степень 2 – искрение под всем краем щётки с почернением коллектора и нагаром на нём,

— степень 3 – значительное искрение под всем краем щётки с появлением вылетающих искр и значительным почернением коллектора.

При номинальной нагрузке класс коммутации не должен превышать 1. Классы коммутации 2 и 3 допускаются только для прямого (безреостатного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щётки остаются пригодными к эксплуатации.

1.3.2. Виды коммутации и способы её улучшения

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть её в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щётки равна коллекторному делению (ширине щётки), щётки расположены на геометрической нейтрали (линии перпендикулярной магнитным силовым линиям магнитного поля машины) и электрическое сопротивление коммутирующей секции мало.

Различают следующие виды коммутации, т. е. процесса перехода щётки с одной пластины коллектора на другую, при котором секция обмотки переходит из одной параллельной ветви в другую (рис. 8):

1). Прямолинейная, при которой пластины коллектора выходят из под щётки без разрыва тока и ток в коммутирующей секции изменяется по прямолинейному закону. При этом не происходит искрения на коллекторе (идеальная коммутация).

2). Криволинейная замедленная, при которой ток в коммутирующей секции изменяется с высокой скоростью, что приводит к возникновению реактивной (результирующей) ЭДС, препятствующей линейному изменению тока в коммутирующей секции. При этом плотность тока под сбегающим краем щётки (добавочный ток коммутации iд) может достичь недопустимо больших значений и вызвать искрение на коллекторе.

Рис. 8. Виды коммутации:

а) – прямолинейная; б) – криволинейная замедленная.

Способы улучшения коммутации сводятся к уменьшению добавочного тока коммутации iд:

где – сумма электрических сопротивлений добавочному току коммутации (в основном определяется сопротивлением щёток и переходного контакта).

Из полученного выражения следует, что уменьшить коммутацию можно либо уменьшив суммарную реактивную ЭДС, либо увеличив сопротивление щёток. Отсюда вытекает ряд основных способов улучшения коммутации:

1). Уменьшение реактивной ЭДС. Реактивная ЭДС может быть в значительной степени уменьшена или даже полностью устранена созданием в зоне коммутации (по оси щёток) коммутирующего поля определённой полярности. Создаётся такое поле или добавочными полюсами или смещением щёток с геометрической нейтрали.

Добавочные полюса создают в зоне коммутации магнитное поле такой величины и направления, чтобы наводимая этим полем в коммутирующей секции ЭДС вращения компенсировала реактивную ЭДС. При этом щётки устанавливают на геометрической нейтрали. Если машина снабжена компенсационной обмоткой, то магнитодвижущую силу (МДС) добавочных полюсов уменьшают на МДС компенсационной обмотки.

Смещением щёток с геометрической нейтрали создают коммутирующее поле в зоне коммутации в машинах мощностью до 1 кВт, не имеющих добавочных полюсов.

2). Улучшение коммутации применением щёток с большим сопротивлением целесообразно для машин с небольшим рабочим током, т. к. при большом рабочем токе необходимо увеличивать площадь щёточного контакта, что приводит к увеличению коллектора и, следовательно, габаритов машины в целом.

Про значительных перегрузках или внезапном коротком замыкании машины постоянного тока, коммутация приобретает резко замедленный характер. При этом появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. Т. к. коллектор вращается, то дуга механически растягивается, образуя вокруг коллектора мощную электрическую дугу, называемую круговым огнём по коллектору. Круговой огонь очень опасен, т. к. может привести к тяжёлой аварии машины, вплоть до пожара. Добавочные полюса и компенсационная обмотка уменьшают эту опасность, но полностью её не устраняют. Поэтому для устранения этого явления в машинах, работающих в условиях перегрузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран или применяют воздушное дутьё, сдувающее дугу в сторону подшипника, а для создания препятствия на пути распространения дуги между щётками разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала.

Т. к. коллекторные машины создают радиопомехи, для их подавления чаще всего применяют ёмкостные фильтры в виде конденсаторов, включаемых между каждым токоведущим проводом и корпусом машины.

Понравилась статья? Не забудь поделиться с друзьями: