Коловий вогонь і причини його виникнення

Зона комутації

Іскріння під щітко може виникнути, якщо комутована секція понадає в зону сильного поля головних полюсів, і щітка вимушена розмикати коло з великим струмом. Тому комутація має починатися після виходу секції з-під поля головних полюсів і закінчуватися скоріше, ніж вона попадає під наступний головний полюс.

Дуга кола якоря, котру проходить вісь паза впродовж часу комутації всіх його секцій, називається зоною комутації.

Розглянемо приклад комутації діаметральної петлевої обмотки, схема якої зображена рис 5,6 а і б. Всі секції пазу послідовно щіткою, а кожна наступна, закінчує комутацію через час після попередньої. Період комутації кожної секції - а повний період комутації - На діаграмі комутації (рис.5,6в) прямокутниками показаний розділ часу ^;при прямолінійній комутації кожної секції пазу. ' Видно, що коли ще продовжується комутація першої секції, коротиться друга, потім-третя.

Якщо в загальному випадку кількість колекторних пластин, що при ходяться на один паз , то

(5.21)

Неважко зауважити, що коли колекторна поділка, , а колова швидкість колектора , то зсув по часу комутації кожної наступної секції . З урахуванням цього, а також формули (5.16), вираз (5.21) дістане вигляд

(5.22)

Ширину зони комутації можна визначити, помноживши на швидкість ; тоді

(5.23)

Її можна виразити також через ширину щітки і колекторний поділ ; оскільки а ,

(5,23,а)

При вкороченні обмотки на величину час комутації пазу збільшиться на крім цього, для обмотки будь-якого типу у виразі (5.23) одиницю варто змінити відношення (для петлевої обмотки ). Тоді в загальному вигляді

(5.24)

Комутація має початися і закінчитися поблизу геометричної нейтралі і, як показує практика, зона комутації не повинна перевищувати половини відстані між наконечниками головних полюсів.

Якщо полюсна поділка , а довжина полюсної дуги (див. п. 2.1), то відстань між наконечниками полюсів .

Таким чином, необхідно витримати умову

(5.25)

На основі умови (5.25) необхідно правильно вибрати ширину щітки (або перекриття ), не допускаючи її надмірного збільшення і узгоджуючи з коефіцієнтом полюсного перекриття а, ^:не дивлячись на те, що при збільшенні зменшується реактивна ЕРС.

Вище відзначалося, що іскріння на колекторі може бути викликане також потенціальними причинами, причому воно може перерости в коловий вогонь.

Перекриття потужною електричною дугою поверхні колектора між щітками протилежної полярності або одним з щіткотримачів і, корпусом називають коловим вогнем.. Коловий вогонь завжди небезпечний, бо він призводить до серйозних пошкоджень електричної машини. Виникнення колового вогню супроводжується сильним світловим і звуковим ефектом, у великих машинах це подібно до бомби.

Причиною виникнення колового вогню є надмірно висока напруга між суміжними колекторними пластинами, котрі можуть вижитися замкнутими через "місток", утворений вугільним пилом: чи більшими уламками щітки. По "містку" тече струм, він згоряє і виникає коротка дуга», що рівноцінно замиканню частини машини, що складається з одної секції на малий опір. Струм, який збільшується, викликає розплавлений колекторних пластин, а сама дута, збільшуючись, замикає і сусідні пластини.

Якщо ж напруга, між суміжними колекторними пластинами не перевищує 33-34 В, то навіть при вигоранні "містка" коловий вогонь не виникає. Не можна, як це часто допускають, пояснювати можливість виникнення колового вогню підвищеною іонізацією колекторної камери від сильного іскріння.

Схема дуже швидкоплинного (0,01-0,001 с) процесу переростання одиничного спалаху в коловий вогонь зображена на рис. 5.7, де 1-первинна дуга, 2-гази і пари міді, 3-потужна дуга. Така швидкоплинність призводить до того, що не вдається створити, від нього хоч якийсь захист.

Струм в дузі, що виник через наявність провідного "містка" між пластинами і , швидко збільшується і простір над колектором іонізується, тобто заповнюється парами розпеченої міді. Колектор обертається, дуга перекриває кілька пластин, струм росте. Подальший розвиток процесу носить випадковий характер. Процес на рис. 5.7 знятий при швидкості 4000 кадрів за секунду.

Очевидно, чим тонша міжламельна ізоляція і чим менший розмір колекторної поділки, тим менш а. напруга між колекторними пластинами може бути допущена Критерієм тут служить значення напруги на одиницю довжини кола колектора

(див. п. 4.4)

Іскріння, під щітками сприяє виникненню колового вогню, бо при цьому відбувається інтенсивне зношення щітки, з'являється ймовірність утворення "містків". Але саме по собі іскріння з витягуванням дуги з-під щітки як вважалося довгий час не призводить до колового вогню. Так, коли у тягового двигуна на стенді, вимкнули обмотку додаткових полюсів, то сильне і достатньо довготривале іскріння, що виникло внаслідок, цього, не привело до колового. вогню. Але в іншому, випадку на потужному генераторі, який працює в режимі холостого ходу зі знятими щітками, коловий вогонь виникав при достатньо високій напрузі між колекторними пластинами, коли між останнім уламком щітки створювали "місток" або допоміжним електродом штучно запалювали коротку дугу.

Отже, для зменшення ймовірності появи колового вогню необхідно встановлювати оптимальну міжламельну напругу і покращувати стан вузла щітка-колектор.

Важливо утримувати в чистоті поверхню колектора, міканітових манжетів, систематично чистити канавки між колекторними пластинами і. щіткотримачі, видаляти з поверхні колектора сліди підпалів, задирки, своєчасно міняти зношені і поколоті щітки, підтримувати нормальний тиск натискних пальців. Схильність тягових двигунів до колових вогнів підвищується при незадовільній динаміці щіток, особливо при проходженні колісної пари стиків на рейках. Бажано мати найбільш еластичний натискний пристрій, що притискає щітки до колектора.