При работе машины щетка и коллектор образуют скользящий контакт, под которым наблюдается более или менее интенсивное искрение. Лишь в редких случаях искрение отсутствует, а у тяговых электрических машин, работающих в исключительно тяжелых условиях, искрение есть практически всегда. Искрение вызывает эрозию коллектора, повышенный износ щеток и может даже вызвать их повреждение, а дальнейшую работу машины сделать невозможной.
Необходимо отметить, что стоимость ремонта в эксплуатации коллекторных машин, связанная с заменой щеток, проточкой и шлифовкой коллекторов, очень велика и составляет, например у тяговых двигателей локомотивов, за один год около 1/3 стоимости самой машины. Поэтому устранение искрения или хотя бы уменьшение его интенсивности может дать существенный технико-экономический эффект.
Искрение — результат разрыва тока. Какие же причины могут вызвать его? Эти причины можно условно разделить на четыре основные группы:
а) механические — из-за неровности поверхности коллектора, выступающих пластин или межламельной изоляции, вибрации или плохой притирки щеток и их перекоса (заедания) в гнездах щеткодержателей. Следует помнить, что окружная скорость коллекторов современных тяговых двигателей достигает ик = 55 м/с, что предъявляет исключительно высокие требования к механике скользящего контакта;
б) физико-химические, вызванные неудовлетворительным состоянием контакта щетка — коллектор. Для нормальной работы этого контакта, который представляют в виде находящихся в динамическом равновесии зернышек- контактов, непрерывно сгорающих и вновь образующихся, необходимы определенная температура, влажность, наличие кислорода и т. п. При этих условиях происходит процесс электролиза. Мельчайшие частицы графита, сгорая в кисло роде воздуха, образуют на поверхности коллектора тончайший орехового цвета слой окисленной пленки — политуры, предохраняющей» как смазка, коллектор и щетки от истирания. Если щетка скользит по коллектору при отсутствии тока, то политура не образуется, и происходит быстрый износ коллектора и щеток. Вот почему при транспортировке локомотива в «холодном» состоянии на длительное расстояние необходимо снять щетки с тяговых двигателей;
Степень | Характеристика степени искрения | Состояние коллектора и щеток |
1 | Отсутствие искрения (темная коммутация) | Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках |
1 1/4 | Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки |
|
1 1/2 | Слабое искрение под большей частью щетки | Появление следов почернения на коллекторе, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках |
2 | Искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и перегрузке | Появление следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках |
3 | Значительное искрение под всем краем щетки с наличием вылетающих искр. Допускается только для моментов прямого (без реостатных ступеней) включения : или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетка остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы | Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и разрушение щеток |
в) электромагнитные, когда происходит разрыв тока в секции, присоединенной к двум соседним коллекторным пластинам, по которым скользит щетка;
г) потенциальные, вызванные повышением напряжения между соседними коллекторными пластинами. Такое искрение может перерасти в круговой, огонь.
Все эти причины, в конечном счете, связаны с вращением якоря и коллектора, во время которого секция переключается из одной параллельной ветви в другую. Во время этого переключения секция накоротко замыкается щеткой. А так как направление тока в параллельных ветвях по обе стороны от щетки противоположное, то ток в секции во время закорачивания ее щеткой меняет направление на обратное. Этот процесс носит название коммутации, а секция называется коммутируемой. Однако в более широком смысле слова под коммутацией понимают все явления и процессы, возникающие под щетками.
Поэтому, несмотря на различные причины, вызывающие искрение на коллекторе, говорят, что коммутация хорошая, если искрение очень слабое или его совсем нет. Если же искрение интенсивное, то говорят, что коммутация плохая.
Согласно ГОСТ 183—74, качество коммутации оценивают степенью искрения под сбегающим краем щетки, из-под которого выходят пластины коллектора при его вращении. Баллы степени искрения приведены в таблице.
В соответствии с ГОСТ 2582—81 — «Машины электрические вращающиеся тяговые», который распространяется на все электрические машины рельсового или безрельсового транспорта, коммутацию считают удовлетворительной, если в предусмотренных режимах испытаний не возникает остаточных деформаций или механических повреждений коллектора и щеткодержателей и они пригодны для дальнейшей работы без очистки или какого-либо исправления, а также если степень искрения не превышает 1 1/2 балла.
