Для правильного суждения о том, допустимо ли искрение электрической машины, нельзя ориентироваться только на показания прибора ИИ-1, так как в некоторых случаях при одинаковых показаниях индикатора число искрящих коллекторных пластин может быть весьма различным, а поэтому в машине, в которой это искрение распределено более или менее равномерно по всему коллектору, оно не вызовет больших электрических взносов щеток и в особенности коллекторных пластин, а в тех случаях, когда искрит весьма ограниченное количество пластин, оно может дать значительный подгар и, следовательно, не может считаться допустимым.
С целью нахождения предельных значений искрения для щеток и коллекторных пластин В. А. Фалеевым были предложены формулы для подсчета удельных значений искрения Ищ и Ик, которые находятся как показание индикатора, отнесенное в первом случае к одному сантиметру сбегающего края щетки, а во втором — к одному сантиметру искрящей коллекторной пластины:
В этих формулах:
Iср — показание индикатора в условных единицах;
S — расстояние от сбегающей кромки щетки до фото датчика при исследовании искрения машины;
Sр — расстояние от сбегающей кромки щетки до фотодатчика при градуировке прибора;
lщ — длина щеток одного щеточного блока;
К — число искрящих коллекторных пластин, определяемых по экрану трубки прибора.
Как показал опыт работы с прибором ИИ-1, эти удельные значения Ищ и Ик должны устанавливаться для каждого типа машин, так как с увеличением размеров машины значения Ищ и Ик будут соответственно большими, так как щетки и коллекторные пластины будут иметь у них больший вес, приходящийся на 1 пог. см длины активной части коллектора и щеток.
Индикатором ИИ-1 была проверена коммутация машин на заводе, выпускающем небольшие машины постоянного тока и одноякорные преобразователи. Было проверено 23 однофазных двухполюсных одноякорных преобразователя и около 100 мелких, но различных по мощности и конструкции электрических машин мощностью до 1 кВт, что дало возможность провести сравнительную оценку их искрения. Для одноякорных преобразователей оказалось характерным равномерное искрение двух групп диаметрально расположенных коллекторных пластин, причем эти пластины соответствуют тем секциям якорной обмотки, от которых идет отпайка к контактным кольцам. Такой характер искрения является вполне понятным, так как результирующие токи секций, расположенных около отпайки у преобразователей, имеют наибольшее значение, что и вызывает ухудшение коммутации на соответствующих пластинах.
Число искрящих пластин в группе бывает различно: у одних преобразователей искрят лишь две диаметральные пластины, а у других две-три и даже пять пластин. Величина удельного искрения щеток Ищ у 19 машин из 23 оказалась не превышающей 400 ед/см, что значительно меньше верхней границы в 1,5 баллов. Но так как у данных преобразователей искрение развивается на ограниченном количестве пластин, то оказалось, что у восьми преобразователей удельное искрение коллекторных пластин Ик превышало 100 eд/cм, т. е. оказалось несколько выше допустимого по условиям отсутствия подгара коллекторных пластин.
Проверка искрения различных типов машин постоянного тока показала, что степень искрения и характер его у каждого типа машин имеет свои особенности. Из 110 машин, просмотренных на испытательной станции, лишь для 21 показания индикатора не соответствовали визуальным наблюдениям. Из этих машин у восьми величина вполне укладывается в норму, но Ик превышает 100 ед/см, и поэтому при относительно небольшом визуально наблюдаемом искрении обнаруживался подгар некоторых пластин. У четырех машин повышенное искрение явилось следствием неточной установки щеточной траверсы и лишь у восьми очень мелких быстроходных двигателей показания прибора ИИ-1 привели к неверному заключению, которое объясняется неточной наводкой фотоэлемента на сбегающий край щеток. Что касается градуировки индикатора искрения с целью установления допустимых значений и Ик, то проще всего ее проводить, сопоставляя показания прибора с визуальной оценкой согласно ГОСТ. Такую градуировку следует проводить с участием большого количества квалифицированных лиц, после чего прибор сможет оценивать искрение щеток объективно в соответствии с мнением всего коллектива, принимавшего участие в его градуировке, независимо от того, кто им будет пользоваться для отметки степени искрения. Прибор ИИ-1 был градуирован подобным образом для мелких машин.
Здесь приведены данные его градуировки по искрению генератора ПН-28,5, в которой приняло участие семь квалифицированных наблюдателей.
Приведенные в таблице данные показывают, что значения Ик и Ищ для любого класса коммутации имеют очень широкий диапазон, что объясняется как различным представлением у разных лиц о степени искрения согласно ГОСТ, так и индивидуальными особенностями их зрения.
Рис. 3-9. Градуировочные кривые индикатора ИИ-1.
а — для крупных тяговых двигателей; б — для мелких машин.
При пользовании индикатором для отметки искрения крупных машин более целесообразно пользоваться не удельными фототоками искрения для щеток и коллекторных пластин Ик и Ищ, а непосредственно усредненным фототоком искрения Iф.ср, взятым непосредственно по прибору, так как при большом количестве коллекторных пластин весьма трудно отметить по прибору, сколько пластин искрит в данный момент, так как отдельные пики, соответствующие искрению тех или иных пластин, то появляются вновь на экране трубки, то исчезают. Особенно это относится к машинам, в которых существенную роль в искрообразовании играют механические факторы. Если же окажется, что в искрообразовании принимает участие очень небольшое количество пластин, неравномерно распределенных по коллектору, то необходимо принять меры по устранению механических причин искрения путем проточки и шлифовки коллектора, балансировки якоря, притирки щеток, регулировки щеточных аппаратов и т. п., так как машина с подобного рода неисправностями не сможет пройти коммутационных испытаний. В подобных случаях картина распределения искрения на экране прибора ИИ-1 подскажет, какова истинная причина искрения в каждом отдельном случае.
На рис. 3-9 приведена кривая зависимости показаний прибора Iф от степени искрения щеток, отмеченная в баллах ГОСТ. Опыты по снятию этой кривой были проведены на Новочеркасском электровозостроительном заводе имени Буденного. Объектом исследования был тяговый двигатель электровоза, причем этот опыт был проведен с участием большого числа лиц, имеющих опыт настройки коммутации. Автор присутствовал при проведении опыта и был очень поражен весьма существенной разницей в оценке степени искрения щеток отдельными лицами. На основе этого опыта можно заключить, что площадь зоны подпитки, снятая визуально по методу В. Т. Касьянова с какой-либо балльностью искрения, не может являться показателем качества коммутации. А между тем очень часто приходится снимать зону не безыскровую, а соответствующую баллам искрения 1,25 и даже 1,5. Поэтому в тех случаях, когда подобного рода зоны подпитки снимают для выяснения степени эффективности каких-либо мероприятий, проведенных с целью улучшения коммутации, то при этом отметка степени искрения по прибору является единственной практически возможной.
Кривая на рис. 3-9 по очертанию близка к параболе, благодаря чему по мере увеличения балла искрения, отмечаемого по ГОСТ, разрушение контактных поверхностей прогрессирует в очень большой степени, а поэтому изменение степени искрения машины от 1 до 1,5 баллов приведет к значительно меньшей дополнительной эрозии щеток и коллекторных пластин, чем переход от l,5 к 2 баллам. Для сравнения на этом же чертеже нанесена зависимость показаний Iф от класса коммутации и для мелких машин, которая снималась подобным же образом.
Однако суждение о степени искрения щеток по отдельным замерам прибором не может дать достаточно четкого представления о качестве коммутации электрической машины, так как чрезвычайно важным является не только значение Iф, отмеченное прибором, но и характер распределения искрения по коллектору, а также его стабильность при длительной работе. Для иллюстрации этого положения на рис. 3-10 приведены осциллограммы для двух машин, характеризующие как распределение искрения в них по коллектору, так и характер изменения его во времени.
Для длительной записи искрения был использован шлейфовый осциллограф МПО-2, в котором скорость вращения фотобарабана была уменьшена посредством специально изготовленного редуктора, благодаря чему скорость движения фотопленки была уменьшена до 50 см/ч. Осциллограф был включен к прибору ИИ-1 для записи усредненного фототока искрения. Кривая а (рис. 3-10) была снята с машины постоянного тока мощностью 28,5 кВт фотографированием экрана электронно-лучевой трубки прибора ИИ-1. Искрение имело место лишь на пяти пластинах коллектора из 88, но эти пластины достаточно равномерно распределены по коллектору, что дает основание считать работу щеточного контакта в механическом отношении вполне удовлетворительной.
Рис. 3-10. Осциллограммы искрения.
а — импульсов фототока искрения генератора мощностью 28,5 кВт; б — этого генератора в длительном режиме; в — импульсов фототока искрения машины мощностью 0,5 кВт, г — этой машины в длительном режиме.
Кривая б относится к отдельному режиму этой же машины, из которой видно, что искрение машины довольно стабильно, что опять-таки подтверждает хорошую работу контакта в механическом отношении. Что касается кривых в и г, то они относятся к машине мощностью <1 кВт. В противоположность кривым первой машины здесь весьма четко выражена неравномерность распределения искрения по коллектору, а в длительном режиме искрение крайне непостоянно, а следовательно, в этой машине искрение определяется главным образом механическими факторами.
Связь показаний прибора ИИ-1 с энергией электрических дуг
Рис. 3-11. Коллекторный прерыватель для исследования электрической дуги с помощью прибора ИИ-1.
Исследования в этом направлении были проведены В. А. Фалеевым [Л. 3-5]. Эти исследования были необходимыми потому, что для практического использования прибора ИИ-1 нужно было знать, в какой степени его показания связаны с энергией электрических дуг, возникающих при завершении коммутации, которая, нужно помнить, достаточно хорошо согласуется с электрической эрозией щеток и коллектора. Для опыта был использован прерыватель коллекторного типа (рис. 3-11). В коллекторе его находилась изолированная часть, благодаря чему при вращении прерывается и замыкается цепь, состоящая из активного и индуктивного сопротивлений, которые можно было пожеланию изменять. Напряжение дуги и ток в ней осциллографируются при посредстве двухлучевого электронного осциллографа. Одновременно с осциллографированием тока и напряжения дуги производился отсчет среднего значения фототока искрения по прибору ИИ-1.
Рис. 3-12. Кривые показаний прибора ИИ-1 и энергий электрических дуг в функции тока нагрузки.
Результаты опытов показаны на рис. 3-12, где кривые а и б соответствуют фототоку искрения соответственно для анодной и катодной щеток, а кривые в и г — величинам энергии электрических дуг. Как видно по опытным кривым, очень большая разница имела место в искрении анодной и катодной щеток, что в той или йной мере проявляется почти всегда. Повышенное видимое искрение анодной щетки здесь объясняется тем, что катодное пятно дуги, будучи связано с коллекторной пластиной, способствует более свободному выносу дуги из клиновидного пространства между щеткой и коллектором на кромку сбегающего края щетки. Что же касается выделяемой энергии при искрении, то она приблизительно одинакова для той или иной щетки. Из изложенного выше можно сделать заключение о желательности (если это возможно) замерять фототок искрения, пользуясь анодной щеткой.
Что касается формы кривых фототока искрения и энергии дуг в функции тока разрыва в дуге, то, как видно из данного рисунка, характер очертания их весьма сходен, а поэтому можно считать, что отметка искрения по индикатору дает показания Iф, хорошо увязывающиеся с энергией от электрических дуг, а следовательно, и с электрической эрозией щеток и коллектора.
