Коммутация коллекторных машин - Исследование машин постоянного тока электровозов и тепловозов

ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА ЭЛЕКТРОВОЗОВ И ТЕПЛОВОЗОВ
7-1. ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОВЕДЕННЫЕ НА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ И В ЛАБОРАТОРИИ

Влияние транспозиции секций якоря на коммутацию

Применение транспозиции проводников большой высоты в пазах якорей крупных машин, в том числе тяговых двигателей, диктуется исключительно стремлением уменьшить потери в меди якоря за счет снижения потерь добавочных. Количественное определение этих потерь затруднительно и производится обычно на основе эмпирических формул приближенно.
Недостатками всякой транспозиции являются: снижение коэффициента заполнения паза, усложнение конструкции обмотки, значительное удорожание технологии производства секций и осложнение ремонта.
Помимо перечисленных недостатков, введение транспозиции должно отрицательно сказываться на коммутации, но степень этого влияния до сих пор оставалось неясной. Значительный свет на роль транспозиции в коммутации проливают прежде всего опыты акад. К. И. Шенфера. Для компенсации высших гармонических в кривой реактивной э. д. с. К. И. Шенфер предложил метод демпфирования пазового потока с помощью так называемого пазового демпфера. В качестве такового был применен сплошной медный стержень, заложенный рядом с рабочими проводами. Согласно опытам К. И. Шенфера демпфер подобного вида в известных случаях может снизить величину реактивной э. д. с. на 30—45%.
Для выяснения степени влияния транспозиции проводов якоря тяговых двигателей на коммутацию А. М. Трушков [Л. 7-1] провел ряд опытов. Эти опыты первоначально были проведены с целью выяснения влияния пазового демпфера, взятого в том же виде, как и в опытах К. И. Шенфера. Для опыта была взята секция тягового двигателя мощностью 180 кВт, которая приключалась к искусственному аппарату с вращающейся щеточной траверсой. Описание аппарата дано в гл. 2. Другая такая же секция располагалась на том же якоре и имела пазовый демпфер в виде сплошной медной полосы. К аппарату, воспроизводящему  коммутационный процесс посредством переключателя, могли по желанию включать обе секции.

Рис. 7-1. Осциллограмма тока и реактивной э. д. с. при коммутации. а — без демпфера; б — с демпфером.

Эти переключения производились многократно и очень быстро для того, чтобы исключить влияние происходящих с течением времени изменений в условиях работы щеточного контакта.
На рис. 7-1 приведены осциллограммы реактивной э. д. с. и тока секций без демпфера (рис. 7-1,а) и с демпферам (рис. 7-1,6). Из рассмотрения этих кривых видно, что при введении в паз сплошного медного стержня резко сглаживаются пики, в кривой реактивной э. д. с. и соответственно этому имеют место изменения в очертаниях кривых тока секций. Введение такого пазового демпфера, как установил А. М. Трушков, увеличивает значение критического тока (ток начальной стадии искрения) на 30—40%.
Далее А. М. Трушковым были проведены опыты с целью выяснения степени влияния транспозиции проводников якоря на величину критического тока Iк. Эти опыты были проведены следующим образом: на якоре тягового двигателя были уложены три одинаковые секции, отличающиеся только тем, что одна из них была разрезана в пазовой части и эти части были изолированы, вторая имела транспозицию, а третья — сплошные проводники. Все три секции через переключатель присоединяли к искусственному аппарату с вращающейся щеточной траверсой.
Прежде всего сравнили секции по величинам критических токов, причем эти токи отмечались как визуально, так и посредством фотоэлектрического индикатора искрения щеток ИИ-1. Данные опытов приведены в табл. 7-1 и 7-2.

Таблица 7-1
Значения критических токов при визуальной отметке искрения

Таблица 7-2
Значения критических токов при отметке по прибору ИИ-1

Таблица 7-3

По таблицам видно, что при отметке искрения как визуально, так и прибором ИИ-1 все опыты (а их 19) дали совершенно четкие результаты, на основе которых можно заключить, что транспозиция проводников якоря уменьшает значение критического тока примерно на 10—13%. Там же видно, что первые опыты, которые проводились при нагретом коллекторе, дают более высокие значения критических токов, что является вполне закономерным.
Далее для трех указанных секций были сняты осциллограммы токов и реактивных э. д. с. (рис. 7-2). Как и следовало ожидать, в сплошной секции пики в кривой э. д. с. как в ее набегающей, так и сбегающей частях получились наименьшими, в секции разрезной они оказались несколько выше, а в транспозированной высоты пиков еs в сравнении с пиками для сплошной секции возросли примерно в 2 раза, что вполне согласуется с величинами критических токов для этих же секций, представленными в табл. 7-1 и 7-2.

Рис. 7-2. Кривая тока и реактивной э. д. с. при коммутации. а — сплошная секция; б — разрезная секция; в —транспонированная секция.

Рис. 7-3. Кривые тока и реактивной э. д. с. при коммутации.
а —- с  текстолитовым или деревянным клином; б — с алюминиевым клином.
Дальнейшие опыты по выяснению характера распределения токов по высоте паза подсказали, что можно заменить деревянные и текстолитовые клинья алюминиевыми, используя их одновременно как демпферы для снижения реактивных э. д. с. коммутируемых секций. А. М. Трушков поставил опыты с целью выяснения влияния алюминиевых клиньев на искрение щеток. Ниже приведены данные для критических токов секций, имеющих как деревянные, так и алюминиевые клинья (рис. 7-3).

На основании данной таблицы можно заключить, что постановка алюминиевых клиньев дает увеличение критического тока примерно на 10%, а это значит, что у якорей с алюминиевыми клиньями искрение при всех прочих равных условиях начнется при токах, на 10% больших, чем у якорей с деревянными или текстолитовыми клиньями.
На рис. 7-3 приведены осциллограммы токов и реактивных э. д. с. для секций, расположенных в пазах с алюминиевым и деревянным клиньями, которые вполне согласуются с данными табл. 7-3.

Влияние температуры коллектора на интенсивность искрения щеток на основе опытов, проведенных на искусственном аппарате

Опыты, поставленные с целью выяснения влияния температуры коллектора на искрение щеток, были проведены В. А. Фалеевым. Первоначально эти опыты были поставлены на модели, воспроизводящей коммутационный процесс, а затем уже на реальных машинах.
В выполнении этой части работы значительную роль сыграло использование фотоэлектрического индикатора искрения щеток, с помощью которого велась непрерывная запись интенсивности искрения на фотопленку. Техника этой записи состоит в следующем: параллельно микроамперметру индикатора, который отмечает усредненный фототок искрения, подключался наиболее чувствительный шлейф осциллографа МПО-2. Перед началом записи производился контрольный замер фототока по прибору, а затем устанавливали максимальную чувствительность (отключали шунт микроамперметра). Иногда такие же замеры производили и во время опыта, для чего шлейф отключали на короткие промежутки времени. По этим значениям фототока искрения Iф впоследствии определялся вертикальный масштаб осциллограммы.
Наименьшая скорость перемещения фотопленки осциллографа МПО-2, равная 1 мм/сек, оказалась для подобных исследований очень большой, вследствие чего получающиеся за период опыта очень длинные осциллограммы было трудно анализировать. Поэтому был встроен еще дополнительный двухступенчатый редуктор, благодаря которому скорость продвижения пленки снижалась до 50 см/ч.
Опыты проводили вначале на искусственном аппарате, воспроизводящем коммутационный процесс, описанном в гл. 4 (его схема приведена на рис. 4-9). Коллектор этого аппарата нагревался электрической спиралью, размещенной по окружности на небольшом расстоянии от коллектора.
Температура контролировалась термопарой. Чтобы обеспечить непрерывность ведения опытов, что в данном случае является весьма важным, при определенном токе  спирали предварительно были построены кривые нагревания и охлаждения коллектора, после чего его температуру всегда можно было определить по времени. Одновременно с записью фототока искрения наблюдали за фотографированием коммутационного процесса по экрану двухлучевого электронного осциллографа. Испытанию подверглись щетки ЭГ14, ЭГ8 и МГС7 при различных нагрузках и разных скоростях вращения коллектора. 

Рис. 7-4. Зависимость фототока искрения от температуры коллектора для щетки ЭГ14.

Условия опыта были следующие: индуктивность секции Lc=0,073 μΗ, площадь щетки Fщ=0,8 см², сопротивление коммутируемого контура jс=0,21 ом, плотность тока в щетке jщ=10 а/см², число оборотов коллектора п=2 100 об/мин.
Как видно по осциллограмме фототока искрения, снятой для щетки ЭГ14 (рис. 7-4) в начале опыта при температуре коллектора tк=25°С, величина фототока искрения была 4 000 условных единиц, что соответствовало примерно 2 баллам по ГОСТ 183-55. Через 14 мин нагревания при температуре tк=85°С искрение упало до минимальной величины 1 000 ед, после чего начало снова постепенно увеличиваться и в конце нагревания при tк=120°С достигло прежней величины 4 000 ед. С этого момента нагреватель был отключен, и коллектор стал охлаждаться. Искрение щетки вновь уменьшается до 800 ед, что соответствовало баллу искрения 1,5. Охлаждение велось до 75° С (последний контрольный замер), в результате чего фототок искрения после прохождения минимума постепенно возрос до 2 000 ед.
При нагревании коллектора сопротивление щеточного контакта, как известно, падает, а поэтому, казалось бы, следовало ожидать также одновременного увеличения искрения. Однако действительное течение процесса оказалось сложнее. У щеток без содержания металла искрение с повышением температуры вначале не растет, а, наоборот, падает. В некотором интервале температур существует минимум, а затем оно вновь начинает увеличиваться. При охлаждении же процесс повторяется в обратном порядке.
Подобный характер изменения интенсивности искрения отмечался неоднократно, и поэтому данная осциллограмма является типичной. Повторение одних и тех же стадий развития искрения при нагревании и охлаждении говорит за то, что изменения свойств щеточного контакта, связанные с температурой коллектора, обратимы. На основе результатов описанного опыта можно заключить, что для каждого отдельного случая коммутации существует такой диапазон температуры коллектора, при котором искрение щеток будет минимальным.
Одновременно производившиеся на экране электронного осциллографа наблюдения подтвердили, что общая форма кривой тока при нагревании становится менее благоприятной. Крутизна ее в начале и в конце процесса увеличивается, а следовательно, растут плотности тока на набегающем и сбегающем краях щетки. Этот фактор, бесспорно, отрицательный. Но вместе с тем начинает заметно сглаживаться течение процесса коммутации в зоне неустойчивого контакта, непосредственно предшествующей отрыву щетки от пластины. Здесь под влиянием повысившейся температуры исчезают кратковременные нарушения, процесс размыкания секции становится более плавным и, несмотря на увеличенную крутизну кривой, ток разрыва становится меньшим. Соответственно этому сокращается и время горения дуги, определяемое шириной горизонтальной площадки в кривой напряжения дуги.
Таким образом, наблюдаемое визуально достаточно часто уменьшение интенсивности искрения щеток при нагревании до определенной температуры подтверждается экспериментально посредством фотоэлектрического метода. Если первоначально искрение было незначительным, то оно может в некотором интервале температур совершенно исчезнуть, чтобы затем появиться вновь при дальнейшем нагревании. Вторичному увеличению искрения способствует, кроме ухудшения формы кривой тока, вероятно, и то, что на более нагретых электродах (щетка — коллектор) создаются лучшие условия для зажигания и поддержания горения электрических дуг.

Затем В. А. Фалеев повторил этот опыт со щеткой ЭГ8, но при этом фототок искрения не записывался на фотопленку, а отмечался по прибору ИИ-1 через каждые 3—4 мин (рис. 7-5). Условия опыта были следующие: Lс=0,073 μΗ; Rc=0,21 ом; 2iα=13,5 а; jщ=13,5 а/см²; n=2 100 об/мин.

Рис. 7-5. Изменение фототока искрения при нагревании и охлаждении коллектора для щетки ЭГ8.

Первоначально, как это видно на приведенном графике, искрение соответствовало 500 ед, что соответствует примерно 1,5 баллам. Затем при нагреве коллектора до 80— 93° С искрение совершенно прекратилось, но при дальнейшем нагреве оно стало возрастать, достигнув к концу нагрева 1 000 ед (115° С). При охлаждении коллектора примерно в том же диапазоне температуры искрение коллектора вновь прекратилось, но при дальнейшем охлаждении начало возрастать, достигнув примерно 600 ед.
В качестве примера металлосодержащей щетки испытывалась марка МГС7 (рис. 7-6). Опыт проводился при следующих условиях: Lc=0,073 μΗ; Rc=0,21 ом; 2ία=13 а; jщ=16 а/см²; п=1 800 об/мин; Fщ=0,8 см².

 Наблюдения и запись интенсивности искрения на пленку показали, что этот сорт щеток при нагревании коллектора проявляет свойства, отличные от свойств щеток без содержания металла. У этих щеток интенсивность искрения по мере увеличения температуры коллектора все время возрастает, а затем при охлаждении также постепенно падает. Следовательно, для этого сорта щеток интервала благоприятных температур (положительных) при данном соотношении параметров коммутируемого контура нет, и всякое повышение температуры ведет к увеличению искрения. Объяснение этому можно найти в том, что переходное сопротивление контакта у этих щеток очень мало и поэтому оно не играет существенной роли в коммутационном процессе. В этом случае, как известно, его течением управляют в основном параметры самой секции.

Рис. 7-6. Кривая фототока искрения в зависимости от температуры коллектора для щетки МГС7.

Анализируя опыты по выяснению влияния температуры на коммутацию, можно прийти к следующим выводам: при нагревании коллектора на щеточный контакт оказывают влияние следующие факторы:

1. Отрицательно действующий фактор — уменьшение контактного сопротивления и связанное с этим ухудшение общей формы кривой тока, при которой в средней части щетки плотность тока уменьшается, а у ее краев резко возрастает, что должно способствовать увеличению искрения.
2. Отрицательным фактором является и то, что при нагревании электродов (щетка — коллектор) создаются более благоприятные условия для поддержания горения дуги.
3. Положительный фактор — улучшение состояния контакта в его неустойчивой части, ведущее к затягиванию процесса отрыва щетки от сбегающей пластины и стабилизации работы щеточного контакта в механическом отношении.

На первых порах при нагревании для «черных» щеток преобладающее значение получает третий положительный фактор, отчего общая интенсивность искрения падает.
Затем постепенно начинает возрастать значение отрицательных факторов (при высоких температурах главным образом второго), и искрение постепенно начинает расти. Минимум искрения для щеток ЭГ14 и ЭГ8 лежит в интервале температур 80—100° С. У щеток, имеющих очень малые переходные сопротивления (например, МГС7), роль щеточного контакта в коммутационном процессе вообще  принижена, а поэтому главное значение приобретает действие второго отрицательного фактора.
Следует подчеркнуть, что все эти эксперименты смогли быть выполненными сравнительно легко при использовании фотоэлектрического индикатора и могут служить примером применения таких приборов в исследовательской работе.

Общие соображения относительно заводских испытаний тяговых двигателей

Фотоэлектрический метод был широко использован при коммутационных испытаниях тяговых электрических машин электровозов и тепловозов. Все работы проводились на испытательных станциях Новочеркасского электровозостроительного и Новосибирского турбогенераторного заводов сотрудниками кафедры электрических машин тэмиит.
В качестве объекта испытаний были взяты тяговые двигатели электровозов различных типов: ДПЭ-400, НБ-406, НБ-410, НБ-411, НБ-412 и тяговый генератор тепловоза МПТ-99/47А. При испытаниях тяговые двигатели и генератор работали в двигательном режиме в схеме возвратной работы, которая является наиболее удобной при испытании крупных электрических машин и положена в основу испытательного стенда. Для объективной оценки искрения щеток двигателей был использован фотоэлектрический индикатор искрения ИИ-1м, датчик которого устанавливался на специальной амортизированной подставке таким образом, что представлялась возможность вести наблюдения за сбегающим краем щеток одного из кронштейнов. Перед испытаниями все щетки двигателя тщательно притирали до получения на каждой из них хорошего «зеркала» не менее чем 90% рабочей поверхности. Затем машину полностью охлаждали (включали вентиляторы) и только после этого проводили коммутационные испытания.

Так как визуальная оценка искрения и основанная на ней шкала ГОСТ применяются очень давно и всем привычны, то прежде всего перед испытателями встала задача сравнить фотоэлектрический и визуальный методы, а также связать шкалу искрения ГОСТ с показаниями индикатора, установив тем самым вполне определенные, а главное — объективные диапазоны видимого искрения. Для получения вполне надежных результатов каждую точку снимали дважды. В качестве основного критерия оценки коммутационной способности машины была взята зона допустимого искрения, снимаемая по методу В. Т. Касьянова, с оценкой интенсивности искрения фотоэлементом.

Рис. 7-7. Зоны подпитки и отпитки для класса искрения 2 двигателя ДПЭ-400.
-----------  зона, снятая прибором ИИ-1;     зона, снятая визуально.

На рис. 7-7 построены две зоны допустимого искрения, снятые для класса 2 визуально и прибором с тягового двигателя ДПЭ-400. Из сравнения приведенных зон видно, что точность снятия их прибором, несомненно, выше, чем при визуальной оценке, так как дает меньший разброс точек. Чаще всего при повторении точек прибором они совпадали, чего нельзя сказать о визуальных данных. Правда, снятие зон по прибору требует несколько больше времени, однако это вполне компенсируется более высокой точностью и объективностью получаемых данных, тем более, что при выработке определенного навыка работы с прибором зоны могут быть сняты так же быстро, как и визуально. Что касается средней линии зон, по которой в основном и судят о характере настройки добавочных полюсов, то в обоих случаях положение ее практически совпадает.  Таким образом, зоны, снятые визуально и прибором, хотя и получаются подобными, но вследствие замены человеческого глаза фотоэлементом построение их становится вполне объективным, а ширина — совершенно определенной и не зависящей от индивидуальных особенностей наблюдателя. Пользуясь индикатором искрения, принципиально возможно вести оценку искрения и по общепринятой шкале ГОСТ. Для этого замеренные по прибору показания необходимо вначале пересчитать с учетом расстояния от щетки до датчика, а также ширины щеток в так называемую линейную плотность искрения по формуле, приведенной в гл. 2:

а затем, пользуясь заранее построенными градуировочными кривыми, переводить показания прибора в баллы. Что же касается градуировочных кривых, то они были получены в результате усреднения и обобщения данных по визуальной оценке искрения большого числа квалифицированных испытателей, повседневно связанных с. контролем качества коммутации тяговых двигателей, и сравнения их с показаниями прибора. При этом следует отметить, что градуировка проводилась в наиболее типичных условиях работы. Обзор искрящих щеток машины производился через застекленное окно в крышке смотрового люка одновременно прибором и испытателями. Искрение создавалось искусственно, подпиткой — отпиткой добавочных полюсов. Статистическая обработка полученных данных позволила увязать показания прибора с баллами приводимой шкалы искрения ГОСТ 183-58 и построить кривую градуировки.

Испытание тяговых двигателей восьмиосных электровозов

После градуировки прибора были проведены детальная проверка и изучение искрения тяговых двигателей прежде всего восьмиосного электровоза. С этой целью были сняты зоны допустимого искрения (рис. 7-8) для всех щеток двигателя, представляющего собой четырехполосную машину последовательного возбуждения со следующими номинальными данными: Рн=575 кВт, Uн=1 650 в, Iн=375 а, пн=805 об/мин. Все зоны рис. 7-8 сняты при показаниях прибора Iф=40 условных единиц, что при пересчете по формуле соответствует плотности искрения Ищ=900 ед/см, т. е.  классу 2 по ГОСТ. Как и следовало ожидать, положительные щетки дали зону несколько уже, чем отрицательные. Это объясняется, видимо, тем, что дуга в случае анодной щетки имеет катодное пятно на движущейся коллекторной пластине и поэтому более свободно выносится ею наружу. Кратер же, локализованный на катодной щетке, заставляет дугу гореть глубоко в клиновидном пространстве.

Рис. 7-8. Зоны искрения в 2 балла на различных бракетах тягового двигателя Н6-906.

Вследствие этого она бывает слабо видимой, хотя энергия при этом может выделяться даже больше. Поэтому при настройке коммутации двигателей следует рекомендовать проводить контроль искрения по щеткам одной полярности, преимущественно анодным, видимое искрение которых имеет большую интенсивность и стабильность. На этом же двигателе НБ-406 была проведена проверка коммутационной устойчивости его при ослаблении поля главных полюсов. На рис. 7-9 построены зоны допустимого искрения при полном и ослабленном полях, из рассмотрения которых видно, что при ослаблении поля (в данном случае β=36%):
а)  сокращаются площадь зоны приблизительно в 2 раза и ее ширина при номинальном токе;
б) сама зона сдвигается вправо, в область больших токов;
в)       изменяется также и положение средней линии, которая указывает при ослаблении поля на некоторую недокомпенсацию.

Рис. 7-9. Зона искрения в 2 балла (900 ед см) двигателя НБ-406А для полного и ослабленного полей.

Таким образом, ослабление поля приводит к резкому снижению коммутационной способности машины и даже более того, глубина ослабления главного поля чаще всего и ограничивается допустимым искрением.

Сравнение устойчивости коммутации при различных марках щеток

Объективность фотоэлектрического способа оценки искрения дала возможность провести сравнительную оценку эффективности различных мероприятий, направленных на улучшение коммутации.

Так, с использованием индикатора искрения было проведено сравнение некоторых марок щеток на коммутирующую способность по ширине зон допустимого искрения с целью выбора лучшей из них. Анализ зон (рис. 7-10) показал, что наибольшую ширину зоны дает разрезная щетка марки ЭГ2а. В связи с этим были проведены дополнительно сравнительные испытания сплошных и разрезных щеток этой марки уже на новом тяговом двигателе НБ-410, предназначенном для электровозов переменного тока и имеющем следующие номинальные данные: Рн=695 кВт, Uн=1 600 в, Iн=475 а, nн=800 об/мин. Эти испытания показали, что в сравнении со сплошными щетками разрезные дают снижение искрения в среднем по всем кронштейнам машины на один балл. Наличие большого числа различных марок разрезных щеток предопределило необходимость проведения выбора наиболее приемлемой для тяговых двигателей. На рис. 7-1'1 построены зоны допустимого искрения для некоторых из них. Наибольшая ширина зоны отмечена у щеток ЭГ2а и Г2П-2, однако окончательный выбор может быть сделан только после непосредственной эксплуатационной проверки на электровозе.

Выбор оптимальных воздушных зазоров добавочных полюсов с помощью прибора ИИ-1

Рис. 7-12. Зоны искрения в 2 балла двигателя НБ-406А при различных зазорах между добавочным полюсом и якорем.

Затем с помощью индикатора искрения выбрали оптимальную величину основного воздушного зазора от машины (рис. 7-12), а также второго зазора добавочных полюсов δ2 (рис. 7-13). Наконец, для двигателя вентилятора НБ-433 подобрали пусковые сопротивления по минимальному искрению и проверили его коммутационную устойчивость (рис. 7-14).

Рис. 7-13. Зоны искрения в 2 балла двигателя НБ-411 при разных зазорах между сердечником добавочного полюса и остовом.

Рис. 7-14. Зоны искрения в 2 балла двигателя НБ-433 для щеток различной полярности.

Запись фототока искрения в длительном режиме работы машин

Возможности фотоэлектрического метода не ограничиваются только построением зон допустимого искрения. Такой прибор предоставил возможность довольно просто вести исследования, позволяющие изучать влияние на коммутацию таких медленно меняющихся факторов, как нагревание двигателя, изменение качества притирки щеток, образование поверхностной пленки на коллекторе и т. д. С этой целью записывали среднее значение искрения в течение длительного промежутка времени на пленку магнитоэлектрического осциллографа. Для удобства расшифровки осциллограмм скорость движения пленки была уменьшена до 50 см/ч при помощи специально встроенного редуктора. Опыты чаще всего оказалось удобным совмещать с тепловыми испытаниями машины в часовом или длительных режимах, а поэтому они и были названы часовыми режимами. Такое совмещение двух видов испытаний, тепловых и коммутационных, дало возможность довольно точно фиксировать температуру. На рис. 7-15 приведены записи коммутационных часовых режимов для разных марок щеток, которые дали возможность выбрать наилучшую марку щетки.
Часовые режимы не только дают наглядное представление о характере изменения искрения с течением времени, но и отражают также величину энергии, выделяемой при искрении, а вместе с этим и интенсивность электроэрозии щеточного контакта. Среднее значение фототока достаточно точно отражает среднюю величину световой энергии, выделяющейся при искрении, которая, как это было установлено В. А. Фалеевым, характеризует мощность электрических дуг при завершении коммутации, а поэтому площадь под кривой (рис. 7-15) является наиболее подходящей величиной для отражения коммутационных качеств щеток и коллектора.
Многократное повторение часовых коммутационных режимов для машин разных типов показывает, что искрение по мере увеличения температуры машины имеет общую тенденцию к снижению, несмотря на некоторое повышение в диапазоне температур 50—80° С. При этом искрение чаще всего носит крайне неустойчивый характер во всем диапазоне изменения температуры контакта.

Однако наиболее резкие изменения наблюдаются в начале работы при сравнительно низкой температуре. По мере же роста температуры характер искрения постепенно более или менее стабилизируется. Отмечено также, что нагрев выше 110—120° С неизменно сопровождается очень интенсивным повышением искрения машины.

Рис. 7-15. Осциллограммы фототока искрения тягового двигателя ДПЭ-400 для различных марок щеток.

Таким образом, часовые коммутационные режимы дали возможность выявить достаточно хорошо влияние температурного фактора на искрение щеток и тем самым установить наиболее рациональный в смысле коммутации диапазон рабочих температур машины.

Зависимость искрения от скорости вращения тяговых двигателей

Достаточно широкое распространение при коммутационных испытаниях тяговых двигателей электровозов получила методика снятия скоростных характеристик машины с отметкой степени искрения индикатором искрения или даже визуально. Для того чтобы избежать влияния  переходных режимов на получаемые данные, искрение в каждой точке характеристики замерялось после пятиминутной выдержки времени (рис. 7-16).

Рис. 7-16. Скоростные характеристики тягового двигателя НВ-412 с отметками классов коммутации.
а—для полного поля; б—для ослабленного поля.

Рис. 7-17. Степень искрения щеток в функции числа оборотов двигателя НБ-412 при полном и ослабленном полях главных полюсов.
Как видно на приведенных характеристиках, искрение усиливается как при возрастании скорости вращения, так и при увеличении тока выше номинального. Многократное повторение скоростных характеристик при полном и ослабленном полях позволило построить зависимость плотности искрения от двух параметров — скорости и тока нагрузки.
На рис. 7-17 построены такие кривые для тягового двигателя НБ-412 при полном поле и ослаблении на 50%. Подобные кривые легко могут быть получены и непосредственно опытным путем. Такого вида кривые дают возможность достаточно точно определить наиболее благоприятный в смысле искрения режим работы машины.
Разработанную методику исследования коммутации использовали не только для наладки коммутации двигателей постоянного тока, но и при исследованиях особенностей коммутации тяговых машин при питании их пульсирующим напряжением.