Способы снижения искрения

Лекция 3.

Способы снижения искрения.

Искрение возникает в том случае, когда короткозамкнутый щеткой контур имеет в момент, предшествующий разрыву, запас электромагнитной энергии

Таким образом, уменьшение искрения может быть достигнуто  за счет увеличения сопротивления перехода коллектор – щетка, за счет уменьшения реактивной ЭДС и за счет введения в коммутированный контур ЭДС вращения, которая компенсирует реактивную ЭДС.

1)  Увеличения сопротивления перехода коллектор – щетка осуществляется путем замены марки щетки. В таблице приведены частные характеристики различных марок щеток.

Однако увеличения сопротивления перехода коллектор – щетка наряду с положительным фактором – уменьшением уровня искрения – приводит к снижению КПД машины. Этот способ имеет ограниченное применение в отношении низковольтных машин ( при напряжении питания 12В установка щетки с повышенным   может привести даже к незапуску машины за счет большого падения напряжения в щеточном контакте и теле самой щетки). При замене марки щетки необходимо обратить внимание  на то,  чтобы удельное давление, плотность тока,  предельные линейные скорости, температура нагрева соответствовали режиму работы машины. Несоответствие выбранной марки щетки условиям работы электрической машины по предельной линейной скорости приводит к повышенному уровню искрения и износа щетки. Увеличение плотности тока под щеткой выше номинальных значений вызывает снижение удельного сопротивления перехода щетка – коллектор и соответственно  сопротивления , что также приводит к повышению уровня искрения..

2)  Эффективным способом снижения искрения а машинах малой мощности является расширение шлица якоря. Благодаря этому происходит увеличение сопротивления для полей рассеяния , замыкающихся вокруг коммутируемой секции, снижается средняя эквивалентная проводимость  и уменьшается реактивная ЭДС.

,

Применение этого способа позволило уменьшить искрение у двигателей авиационного исполнения мощностью 475 Вт более чем на 1 балл. Недостаток состоит в том, что что при расширении шлица увеличивается эквивалентный воздушный зазор за счет увеличения коэффициента воздушного зазора , поэтому для получения исходных рабочих характеристик требуется увеличение МДС главных полюсов. Уменьшение реактивной ЭДС может быть достигнуто также за счет замены диаметральной обмотки на обмотку с укороченным, либо с удлиненным шагом. Из-за неодновременности процессов коммутации сторон секций верхнего и нижнего слоя снижается средняя эквивалентная проводимость  и соответственно реактивная ЭДС. Недостаток способа состоит в том, что для восстановления рабочих характеристик требуется увеличение МДС главных полюсов.

3)  Улучшение коммутации может быть достигнуто также за счет  замены равносекционной обмотки на ступенчатую. В случае равносекционной обмотки при разрыве щеткой коммутируемой секции 1 часть ее энергии будет передаваться в секцию 2, при разрыве щеткой коммутируемой секции 2 часть ее энергии будет передаваться в секцию 3 , при разрыве щеткой коммутируемой секции 3 часть ее энергии будет передаваться в коммутируемую секцию, которая лежит в соседнем пазу. Однако коэффициент магнитной связи секций, находящихся в одном пазу и в рядом расположенных различен. Если для секции одного паза он равен 0,8, то для секций рядом расположенных пазов он равен 0,4, и следовательно переброс энергии из последней секции паза в короткозамкнутую секцию соседнего паза затруднен.  Поэтому последняя секция паза при ее разрыве сбегающим краем щетки имеет наибольший запас электромагнитной энергии и, следовательно, будет обеспечивать наибольшее искрение. В случае ступенчатой обмотки магнитная связь между соседними пазами улучшается. При плохих условиях коммутации на коллекторе можно наблюдать подгар каждой третьей либо каждой второй коллекторной пластины. Недостатками данного способа является больший размер меди и меньшая технологичность.

4)  В некоторых случаях уменьшения искрения может быть достигнуто за счет обрезки полюсных наконечников. При проектировании машин постоянного тока должно быть выполнено условие , а в машинах авиационного исполнения , где  - ширина коммутационной зоны, b- длина полюсной дуги, - длина полюсного деления. Нарушение этих условий в некоторых случаях приводит к появлению искрения за счет того, что секция в момент окончания коммутационного процесса заходит в зону действия главного полюса и в ней наводится ЭДС вращения, увеличивающая реактивную ЭДС. 

5)   В машинах средней и большой мощности хорошие результаты по снижению искрения могут быть получены за счет изготовления паза по центру полюса. В этом случае увеличивается сопротивление на пути потока реакции якоря, что уменьшает искажения поля машины и улучшает потенциальные условия на коллекторе.

6)  Искрение может быть уменьшено за счет применения составных щеток, набегающая и сбегающая вставки которых выполнены из контрастных  по сопротивлению тела щетки материалов. Элементы составной щетки изолированы один от другого и имеют индивидуальное подпружинивание. Хорошие результаты по снижению искрения могут быть получены за счет уменьшения плотности тока в сбегающей вставке, имеющей большее сопротивление, что приводит к увеличению ее контактного сопротивления, ускорению коммутации, уменьшении добавочного тока  и соответственно искрения. Хорошие результаты по снижению искрения  в машинах средней и большой мощности могут быть получены путем замены сплошной щетки на разрезные. Эта щетка представляет собой две щетки, которые установлены в общем щеткодержателе и могут перемещаться относительно друг друга. Благодаря разделяющей поверхности увеличивается сопротивление для поперечного тока коммутации . Разрезные щетки из-за их меньшей ширины по сравнению с целой щеткой лучше пришлифовывается к коллектору и дают лучший контакт. Однако опыты на машинах малой мощности не подтвердили их эффективности.

7)  Хорошим средством для улучшения коммутации является винтовая канавка на коллекторе и особенно на контактных кольцах.  Она непрерывно в процессе работы машины очищает зеркало щетки от продуктов подгара и образует под щеткой канал, через который интенсивно охлаждается контактная поверхность щетки. В результате улучшается коммутация и уменьшается износ щеток и колец. Шаг канавки рекомендуется принимать от10 до 25 мм, ширину от 3 до 4мм, глубину – в зависимости от предусмотренного припуска на обточку кольца или коллектора.

8)  Определенные положительные результаты могут быть получены при замене радиальных щеткодержателей на реактивные.