Коммутация в машинах постоянного тока

Причины, вызывающие искрение на коллекторе.

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют

скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по значению рабочего

тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответствии с допустимой

плотностью тока для выбранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка

прилегает к коллектору не всей поверхностью, то возникают чрезмерные местные

плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические,

потенциальные и коммутационные.

М е х а н и ч е с к и е причины искрения — слабое давление щеток на

коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность,

загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над

медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щетко-

держателей, а также другие причины, вызывающие нарушение электрического

контакта между щеткой и коллектором.

П о т е н ц и а л ь н ы е причины искрения появляются при возникновении

напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышающего

допустимое значение. В этом случае искрение наиболее опасно, так как оно

обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.

К о м м у т а ц и о н н ы е причины искрения создаются физическими

процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из

одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин

искрения следует начинать с механических, так как их обнаруживают осмотром

коллектора и щеточного устройства. Труднее обнаружить и устранить

коммутационные причины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраиваю т е м н у ю

коммутацию, исключающую какое-либо искрение на коллекторе в процессе

эксплуатации машины, по мере износа коллектора и теток, возможно

появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и

опасным, тогда машину необходимо остановить для выяснения и устранения

причин искрения. Однако небольшое искрение в машинах общего назначения

обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается степенью искрения

(классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

С т е п е н ь 1 - искрения нет (темная коммутация).

С т е п е н ь 1/4 - слабое искрение под небольшой частью щетки, не

вызывающее почернения коллектора и появления нагара на щетках.

С т е п е н ь 1/2 - слабое искрение под большей частью щетки, приводящее к

появлению следов почернения на коллекторе, легко устраняемого протиранием

поверхности коллектора бензином, и следов нагара на щетках.

С т е п е н ь 2 - искрение под всем краем щетки. Допускается только при

кратковременных толчках нагрузки и при перегрузке. Приводит к появлению

следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности

коллектора бензином, а также следов нагара на щетках.

С т е п е н ь 3 - значительное искрение под всем краем щетки с появлением

крупных вылетающих искр, приводящее к значительному почернению

коллектора, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а

также к подгару и разрушению щеток. Допускается только для моментов

прямого (безреостатного) включения или реверсирования машин, если при этом

коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы.

Если допустимая степень искрения в паспорте электрической машины не

указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1/2.

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины

поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с

одной пластины (сбегающей) на другую (набегающую) сопровождается

переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и

изменением как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс

переключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие

его явления называются коммутацией.

Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей, а

продолжительность процесса коммутации - периодом коммутации:

Tк = [60/( Kn )] (bщ/bк), (9)

где bщ - ширина щетки; К - число коллекторных пластин; п - частота __________вращения

якоря, об/мин; bк - расстояние между серединами соседних коллекторных

пластин (коллекторное деление).

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в

общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических

зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щетки равна

коллекторному делению; щетки расположены на геометрической нейтрали;

электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения

к коллектору по сравнению с сопротивлением переходного контакта «щетка —

коллектор» пренебрежимо мало (обычно такое соотношение указанных со-

противлений соответствует действительности).

В начальный момент коммутации (рисунок 52, а) контактная поверхность

щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой

параллельной ветви обмотки и ток в ней равен ia. Затем пластина 1 постепенно

сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате

коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней постепенно

уменьшается. В середине процесса коммутации (t = 0,5T к) контактная

поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины

(рисунок 20,б). В конце коммутации (t = Tк) щетка полностью переходит на

пластину 2 и теряет контакте пластиной 1 (рисунок 20, в), а ток в коммутирующей

секции становится равным — iа, т. е. по значению таким же, что и в начале

коммутации, а по направлению — противоположным. При этом коммутирующая

секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

Рисунок 52 - Переход коммутирующей секции из одной параллельной ветви в другую__