Глава шестая
СРЕДСТВА УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ И МЕТОДЫ ЕЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
6-1. Средства борьбы с искрением электромагнитного характера
В предыдущей главе было показано, что основной причиной искрения электромагнитного характера является добавочный ток коммутации ik, причем
(6-1)
где Rk — сопротивление всего коммутирующего контура.
Из формулы (6-1) следует, что уменьшения тока ik и, следовательно, улучшения коммутации можно достигнуть посредством: а) уменьшения э. д. с. еr, поскольку она ухудшает условия коммутации; б) создания в зоне коммутации коммутирующего поля такой величины и полярности, чтобы создаваемая им в коммутирующей секции э. д. с. ек могла уравновесить э. д. с. еr; в) увеличения сопротивления цепи коммутирующей секции путем выбора щетки с большим переходным сопротивлением щеточного контакта.
6-2. Уменьшение реактивной э. д. с. еr
Из формулы (5-35) видно, что условия коммутации легче в машинах с меньшими значениями wс, vα, ζ и А. Поэтому обычно стремятся к тому, чтобы секция состояла из одного витка, т. е. wc=1; с точки зрения уменьшения магнитной проводимости ζ выгоднее меньшие по высоте и большие по ширине пазы и ступенчатые обмотки с укороченным шагом. Но, с другой стороны, уменьшение скорости vα и линейной нагрузки А нецелесообразно, так как приводит к увеличению габаритов и соответственно стоимости машины.
6-3. Создание коммутирующего поля сдвигом щеток с нейтрали
В машинах без добавочных полюсов коммутирующее поле, необходимое для создания э.д.с. ek, уравновешивающей э. д. с. еr, образуется путем сдвига щеток с геометрической нейтрали.
5-14. Причины искрения механического характера
Эти причины обусловлены, с одной стороны, недостатками коллектора и всей вращающейся части, а с другой стороны, недостатками щеточного аппарата. К первым из них относятся: эксцентричное расположение коллектора на валу, плохая балансировка вращающихся частей, неровность поверхности коллектора, выступающие края изоляционных прокладок между пластинами (поэтому обычно производится подрезка прокладки на глубину 1—1,5 мм), недостаточная формовка коллектора, выпучивание пластин и т. д. Ко вторым — недостаточно точное закрепление щеткодержателя на щеточном пальце, неравномерное распределение пальцев по окружности коллектора, недостаточно жесткое крепление щеточной траверсы, неправильный выбор марки щетки и т. д. Опыт показывает, что состояние «щеточного хозяйства» оказывает большое влияние на качество коммутации машины, особенно важное значение имеет щеточный контакт; о его природе и характеристиках см. в гл. 6.
5-15. Общая характеристика искрения на коллекторе при угольно-медном контакте
При удовлетворительной коммутации щетки достаточно спокойно работают на вращающемся коллекторе, без видимого искрения, и поверхности как коллектора, так и щеток остаются гладкими и блестящими.
Очистка коллектора время от времени посредством слегка пропитанного бензином или спиртом сукна весьма полезна для снятия грязи, в том числе частичек угольной пыли, которые отделяются от щеток. Без такой периодической очистки на коллекторе могут образоваться пленки масла с угольной пылью, окислов и солей меди. Это может нарушить удовлетворительную коммутацию и создать благоприятные условия для искрения, которое возникает постепенно и, несмотря на то, что другие причины отсутствуют, прогрессивно начинает возрастать. «Щебетание» или «журчание» щеток, вызванное наличием частиц грязи, также указывает на возможность возникновения искрения.
Искрение, вызванное такими пленками, имеет игольчатую форму и обычно наблюдается на краях щеток. Видимое свечение голубого цвета обязано малым частицам, нагретым до воспламенения, или малым путям светящегося газа, но оно еще не имеет характера дугообразования.
Игольчатые искры могут возникать как на сбегающем, так и на набегающем краях щетки. Это искрение встречается чаще всего и может приводить к значительным повреждениям сбегающих краев щеток, когда оно вызвано замедленной коммутацией, причем оно всегда начинается на анодной щетке.
Другой формой искрения, отличной от игольчатого, оказывающегося еще малоопасным, является разрушающее дугообразование. Оно происходит, когда имеет место полный разрыв угольно-медного контакта, и в этом случае ток должен протекать через больший или меньший промежуток, заполненный нагретым газом.
Анодные и катодные щетки (рис. 5-21) заметно различаются по своим дуговым свойствам. На рис. 5-21 стрелки обозначают соответствующие направления протекания тока, но переход электронов происходит в противоположных направлениях. Катодное пятно высокой температуры, из которого исходят электроны, находится на меди при анодной щетке и на угле при катодной щетке. В результате дуга зеленоватого цвета (от испарений меди), образующаяся на сбегающем крае анодной щетки, вытягивается вследствие движения коллектора и может поддерживаться до тех пор, пока ионизированный газ вытягивается вдоль коллектора в пространстве, остающемся достаточно проводящим. В этом случае медная пыль откладывается на щетках. Такое дугообразование проявляется особенно в том случае, когда размыкается контур с большой индуктивностью.
При катодной щетке пятно высокой температуры находится на самой поверхности щетки, обращенной к вращающейся поверхности коллектора. В этом случае получается короткая дуга, которая тесно прилегает к сбегающему краю щетки. В результате создается изрытый след на поверхности щетки, в общем случае параллельный коллекторной пластине, и тогда щеточная угольная пыль начинает покрывать коллектор.
Рис. 5-21. Анодные и катодные щетки
Ближайшим по отрицательному воздействию к игольчатому искрению является «плюющееся» искрение, которое связано с взрывным действием газов, внезапно освобожденных из щеток в местах с высокими плотностями тока, в точках контакта угольной щетки с коллектором. Раскаленные частицы вылетают обычно из-под сбегающего края щетки, но иногда наблюдаются и со стороны ее набегающего края.
Струйное искрение представляет собой лепты красного цвета, выбрасываемые из-под сбегающего края катодной щетки, когда пятна с высокой температурой образуются на поверхности щетки со стороны, обращенной к коллектору. Струйное искрение состоит из раскаленных частиц угля, которые вытягиваются из-под щетки струей воздуха и цепляются за коллектор.
