Отмечено, что искрение на коллекторе может быть вызвано также потенциальными причинами, причем оно может перерасти в круговой огонь.
Перекрытие мощной электрической дугой поверхности коллектора между щетками противоположной полярности или одним из щеткодержателей и корпусом называют круговым огнем. Круговой огонь всегда опасен, так как приводит к серьезным повреждениям электрической машины. Возникновение кругового огня сопровождается сильным световым и звуковым эффектом, в крупных машинах это похоже на взрыв бомбы.
Причиной возникновения кругового огня является чрезмерно высокое напряжение между смежными коллекторными пластинами, которые могут оказаться замкнутыми через «мостик», образуемый угольной пылью или более крупными осколками щетки. По «мостику» проходит ток, происходит его сгорание и возникает короткая дуга, что равноценно замыканию части машины, состоящей из одной секции, на малое сопротивление. Увеличивающийся ток дуги вызывает оплавление коллекторных пластин, а сама дуга, развиваясь, замыкает и соседние пластины.
Если же напряжение между смежными коллекторными пластинами не превышает 33—34 В, то даже при выгорании проводящего «мостика» круговой огонь не возникает. Нельзя, как это часто допускают, объяснить возможность возникновения кругового огня повышенной ионизацией коллекторной камеры от сильного искрения.
Схема очень быстротечного (0,01—0,001 с) процесса перерастания единичной вспышки в круговой огонь показана на рис. 1, где 1 — первичная дуга, 2 — газы и пары меди, 1 — мощная дуга. Такая быстротечность приводит к тому, что не удается создать от него какую-либо защиту.
Рис. 1. Возникновение кругового огня на коллекторе
Ток в дуге, возникшей из- за наличия проводящего «мостика» между пластинами а и b, быстро увеличивается и пространство над коллектором ионизируется, т. е. заполняется парами раскаленной меди.
Коллектор вращается, дуга перекрывает несколько пластин, ток возрастает. Дальнейшее развитие процесса носит случайный характер. Процесс на рис. 1 снят при скорости 4000 кадров в секунду.
Очевидно, чем тоньше межламельная изоляция и чем меньше размеры коллекторного деления, тем меньшее напряжение между коллекторными пластинами может быть допущено. Критерием здесь служит значение напряжения на единицу длины окружности коллектора
emах = uк max/bк <8--9 В/мм
Искрение под щетками способствует возникновению кругового огня, так как при этом происходит интенсивный износ щетки, появляется вероятность образования «мостиков». Но само по себе искрение с вытягиванием, как считалось долгое время, дуги из-под щетки не приводит к круговому огню. Так, когда у тягового двигателя на стенде отключили обмотку добавочных полюсов, возникшее при этом весьма сильное и достаточно продолжительное искрение не привело к круговому огню. Однако в другом случае на мощном генераторе, работающем в режиме холостого хода со снятыми щетками, круговой огонь возникал при достаточно высоком напряжении между коллекторными пластинами, когда между последними осколком щетки создавали «мостик» или вспомогательным электродом искусственно зажигали короткую дугу.
Итак, для уменьшения вероятности появления круговых огней необходимо устанавливать оптимальное межламельное напряжение и улучшать состояние узла щетка-коллектор.
Важно содержать в чистоте поверхность коллектора, миканитовых манжет, систематически чистить канавки между коллекторными пластинами и щеткодержатели, удалять с поверхности коллектора следы поджогов, заусенцы, своевременно менять изношенные и сколотые щетки, поддерживать нормальное давление нажимных пальцев. Склонность тяговых двигателей к круговым огням повышается при неудовлетворительной динамике щеток, особенно при прохождении колесной парой стыков на путях. Желательно иметь наиболее эластичное нажимное устройство, прижимающее щетки к коллектору.
