Какие причины могут вызвать искрение на коллекторе машины постоянного тока
Содержание статьи
Причины, вызывающие искрение на коллекторе — Студопедия
При работе машины постоянного тока щётки и коллектор образуют скользящий контакт. Щётки выбирают в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щёток, а площадь контакта – по значению рабочего тока, приходящегося на одну щётку.
Причины, вызывающие искрение на коллекторе разделяют на механические, потенциальные и коммутационные. Коммутация – это процесс переключения секции якоря из одной параллельной ветви в другую.
1). Механические причины искрения – слабое давление щёток на коллектор, биение коллектора, загрязнение или негладкость поверхности коллектора, выступление миканитовой изоляции над пластинами, неплотное закрепление траверсы или щёткодержателей, т. е. любые причины, нарушающие контакт между щётками и коллектором.
2). Потенциальные причины искрения – появляются при возникновении напряжения между коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение (30 В при мощности машины до 1 кВт и 16 В при мощности машины более 1 кВт).
3). Коммутационные причины искрения – создаются физическими процессами при переходе секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.
Искрение на коллекторе оценивается классом коммутации (степенью искрения) под сбегающим краем щётки:
— степень 1 – тёмная коммутация (искрения нет),
— степень 1 — слабое искрение,
— степень 1 — слабое искрение под большей частью щётки и почернение коллектора,
— степень 2 – искрение под всем краем щётки с почернением коллектора и нагаром на нём,
— степень 3 – значительное искрение под всем краем щётки с появлением вылетающих искр и значительным почернением коллектора.
При номинальной нагрузке класс коммутации не должен превышать 1 . Классы коммутации 2 и 3 допускаются только для прямого (безреостатного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щётки остаются пригодными к эксплуатации.
1.3.2. Виды коммутации и способы её улучшения
Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть её в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щётки равна коллекторному делению (ширине щётки), щётки расположены на геометрической нейтрали (линии перпендикулярной магнитным силовым линиям магнитного поля машины) и электрическое сопротивление коммутирующей секции мало.
Различают следующие виды коммутации, т. е. процесса перехода щётки с одной пластины коллектора на другую, при котором секция обмотки переходит из одной параллельной ветви в другую (рис. 8):
1). Прямолинейная, при которой пластины коллектора выходят из под щётки без разрыва тока и ток в коммутирующей секции изменяется по прямолинейному закону. При этом не происходит искрения на коллекторе (идеальная коммутация).
2). Криволинейная замедленная, при которой ток в коммутирующей секции изменяется с высокой скоростью, что приводит к возникновению реактивной (результирующей) ЭДС , препятствующей линейному изменению тока в коммутирующей секции. При этом плотность тока под сбегающим краем щётки (добавочный ток коммутации iд) может достичь недопустимо больших значений и вызвать искрение на коллекторе.
Рис. 8. Виды коммутации:
а) – прямолинейная; б) – криволинейная замедленная.
Способы улучшения коммутации сводятся к уменьшению добавочного тока коммутации iд:
Iд =
где – сумма электрических сопротивлений добавочному току коммутации (в основном определяется сопротивлением щёток и переходного контакта ).
Из полученного выражения следует, что уменьшить коммутацию можно либо уменьшив суммарную реактивную ЭДС , либо увеличив сопротивление щёток . Отсюда вытекает ряд основных способов улучшения коммутации:
1). Уменьшение реактивной ЭДС. Реактивная ЭДС может быть в значительной степени уменьшена или даже полностью устранена созданием в зоне коммутации (по оси щёток) коммутирующего поля определённой полярности. Создаётся такое поле или добавочными полюсами или смещением щёток с геометрической нейтрали.
Добавочные полюса создают в зоне коммутации магнитное поле такой величины и направления, чтобы наводимая этим полем в коммутирующей секции ЭДС вращения компенсировала реактивную ЭДС. При этом щётки устанавливают на геометрической нейтрали. Если машина снабжена компенсационной обмоткой, то магнитодвижущую силу (МДС) добавочных полюсов уменьшают на МДС компенсационной обмотки.
Смещением щёток с геометрической нейтрали создают коммутирующее поле в зоне коммутации в машинах мощностью до 1 кВт, не имеющих добавочных полюсов.
2). Улучшение коммутации применением щёток с большим сопротивлением целесообразно для машин с небольшим рабочим током, т. к. при большом рабочем токе необходимо увеличивать площадь щёточного контакта, что приводит к увеличению коллектора и, следовательно, габаритов машины в целом.
Про значительных перегрузках или внезапном коротком замыкании машины постоянного тока, коммутация приобретает резко замедленный характер. При этом появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. Т. к. коллектор вращается, то дуга механически растягивается, образуя вокруг коллектора мощную электрическую дугу, называемую круговым огнём по коллектору. Круговой огонь очень опасен, т. к. может привести к тяжёлой аварии машины, вплоть до пожара. Добавочные полюса и компенсационная обмотка уменьшают эту опасность, но полностью её не устраняют. Поэтому для устранения этого явления в машинах, работающих в условиях перегрузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран или применяют воздушное дутьё, сдувающее дугу в сторону подшипника, а для создания препятствия на пути распространения дуги между щётками разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала.
Т. к. коллекторные машины создают радиопомехи, для их подавления чаще всего применяют ёмкостные фильтры в виде конденсаторов, включаемых между каждым токоведущим проводом и корпусом машины.
Источник
Искрение щёток коллекторного двигателя
Довольно часто при работе щёток коллекторного двигателя можно наблюдать такое явление, как искрение. При этом в некоторых случаях искрение щёток расценивается как норма, в других же – сигнализирует о неисправности, которую необходимо как можно скорее устранить.
Когда искрение щёток коллекторного двигателя — норма
Алгоритм работы коллекторного электродвигателя таков, что в движении щётки постоянно вступают в контакт с коллектором, разрывая и вновь замыкая электрическую цепь. Именно такой механизм функционирования, напрямую связанный с конструктивными особенностями коллекторных механизмов, является неминуемой причиной появления искр при его работе, даже в случае, когда двигатель абсолютно исправен. Однако важно понимать, что искрение в этом случае минимально. Сильное же искрение, как правило, говорит о том, что работа коллекторного двигателя нарушена и для того, чтобы её наладить, важно выяснить причину неисправности.
Щётки искрят из-за сильного износа
Сильное искрение щёток может возникнуть из-за того, что они сильно износились. При этом сопутствующими признаками износа, помимо обильных искр, будут неспособность развития двигателем полных оборотов и выхода на полную мощность, а также тяжёлый старт двигателя, осуществить который удаётся не с первой попытки. Проверить версию об износе щёток довольно легко: щётки следует прижать к коллектору при помощи отвертки. Если щётки изношены, то при таком прижатии плотность контакта нормализуется и работа двигателя наладится, однако при ослаблении нажима снова появятся искры. Вариант решения проблемы в таком случае только один: замена щёток на новые. Некоторые модели коллекторных двигателей предусматривают замену щёток только совместно с пружинами и держателями.
Неисправность обмоток статора или ротора
При коротких замыканиях и межвитковых замыканиях, происходящих в обмотках статора или ротора, искрение будет неравномерным или даже исходить от одной из щёток. О том, как проверить исправность обмоток электродвигателя, подробно написано здесь. При диагностировании неисправностей обмоток может потребоваться их перемотка или же, в сложных случаях, полная замена ротора или статора.
Межвитковое замыкание якорных обмоток
В этом случае искрить будут обе щётки неисправного электродвигателя, сопутствующим «симптомом» является сильный нагрев обмотки якоря, связанный с неравномерностью токов, поступающих на контакты. Как и в предыдущем случае, при диагностировании проблемы в обмотке необходимо или перемотать её, или полностью заменить неисправный элемент.
Загрязнение коллектора
Щётки являются постоянно изнашиваемым элементом коллекторного двигателя, и в процессе их износа образуется так называемая графитовая пыль, накапливающаяся меж коллекторных пластин, что в результате приводит к замыканиям и, как следствие, появлению искр. При работе с коллекторным механизмом важно следить за положением щёток: если они смещаются, образование графитовой пыли значительно увеличивается. Помимо графитовой пыли, причиной искрения также может стать нагар, образующийся на коллекторе из-за перегрева и создающий лишнее сопротивление при контакте щёток с коллектором. Если причина в загрязнении коллектора, его необходимо очистить с помощью наждачной бумаги, уделяя особое внимание пространству меж лампелей.
Источник
Причины искрения коллекторных двигателей
На чтение 12 мин. Обновлено 17 ноября, 2020
Коллекторные электродвигатели отличаются от двигателей других типов наличием коллекторно-щеточного узла. Узел обеспечивает электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части мотора, и включает в себя коллектор (набор контактов, расположенных непосредственно на роторе) и щётки (скользящие контакты, расположенные вне ротора и прижатые к коллектору).
Во время работы коллекторного двигателя в электроинструменте, иногда можно наблюдать искрение щеток. В некоторых случаях этот симптом приводит к скорой поломке электроинструмента, а в некоторых — не сулит ничего плохого. Так или иначе, полезно в каждом случае понимать, в чем причина искрения, чтобы при необходимости принять правильные меры своевременно. В данной статье мы рассмотрим причины искрения щеток, а также меры борьбы с проблемами, вызывающими это явление.
Первопричина
Очевидно, что прерывистый механический контакт щеток с коллектором не может не приводить к искрению, ведь по сути много раз в секунду разрывается и замыкается вновь электрическая цепь ротора.
Ротор содержит на себе обмотку, которая является нагрузкой преимущественно индуктивного характера. Разрыв такой цепи неизбежно сопровождается переходным процессом, который связан с появлением маленьких дуг от самоиндукции обмотки ротора или обмоток ротора и статора. Разумеется, щетки со временем изнашиваются, как и пластины коллектора, но порой проблемы возникают еще до момента износа.
Справедливости ради отметим, что по названной выше причине, даже исправный коллекторный двигатель не может работать вообще без искр, небольшое искрение всегда на коллекторе есть. Полностью исправный прибор нормально выходит на полную мощность, развивает рабочие обороты и чуть-чуть все равно искрит. Другое дело, если искрение сильное — здесь возникает обоснованное беспокойство.
Искрение щеток как признак их износа
Если щетки уже сильно изношены, просто в силу возраста двигателя, то двигатель не сможет развить полные обороты и выйти на полную мощность. При этом искрение будет очень сильным, а заводиться двигатель будет не с первого раза.
Как проверить, что это именно так? Если изношенные щетки прижать отверткой к коллектору — контакт станет плотным, и двигатель заработает. Но стоит прижим ослабить, как вновь появятся искры — расстояние между пластинами и щетками станет заполнено маленькими дугами. Щетки явно изношены — их следует заменить новыми. Иногда замена возможна только всего вместе — с щеткодержателями и с пружинами.
Возможно в обмотке ротора возникло замыкание
Обмотка якоря (ротора) коллекторного двигателя традиционно содержит в себе несколько секций. Если хотя бы одна повреждена, если имеет место межвитковое замыкание, то в одну секцию будет подаваться больший ток, чем в другие. Это приведет к перегреву обмотки в одном месте, и к неравномерному искрению на коллекторе — на отдельных переходах на пластинах искры будут сильнее, чем на других. Здесь требуется перемотка якоря или целиком новый якорь.
Исправна ли обмотка статора
Похожая неисправность возможна внутри статора, когда часть обмотки перегревается, и возле одной из щеток наблюдается сильное искрение. Проверьте сопротивления обеих половин обмотки статора, они должны быть одинаковыми. Если одна из частей обмотки статора имеет сопротивление сильно меньшее чем у другой, то требуется перемотка либо замена статора.
Загрязненный коллектор — причина ненужного замыкания на нем, в результате появляются лишние искры
Пыль на коллекторе образуется в результате постепенного износа щеток — это графитовая пыль. Она накапливается между пластинами (ламелями) коллектора, и создает «несанкционированные» замыкания. Из-за замыканий появляются искры. Просто почистите коллектор наждачной бумагой, уберите грязь между ламелями.
Обязательно проверьте, как расположены щетки, не смещена ли одна из них относительно нормального положения, поправьте щетки в случае необходимости. Когда щетки расположены криво, графитовая пыль образуется в непомерно большом количестве, нежели при правильном расположении щеток.
Еще одна причина загрязнения — нагар на коллекторе из-за его перегрева. Когда все другие причины искрения устранены, необходимо почистить контакты от нагара чтобы улучшить контакт щеток с ними.
Если контакт хороший, сопротивление не увеличивается сверх номинала, и лишних искр не возникает. Счистить нагар можно как графитовую пыль — наждачной бумагой, только вращая ротор при зажатом в специальных колодках коллекторе.
Источник
Искрение щёток коллекторного двигателя
Довольно часто при работе щёток коллекторного двигателя можно наблюдать такое явление, как искрение. При этом в некоторых случаях искрение щёток расценивается как норма, в других же – сигнализирует о неисправности, которую необходимо как можно скорее устранить.
Когда искрение щёток коллекторного двигателя — норма
Алгоритм работы коллекторного электродвигателя таков, что в движении щётки постоянно вступают в контакт с коллектором, разрывая и вновь замыкая электрическую цепь. Именно такой механизм функционирования, напрямую связанный с конструктивными особенностями коллекторных механизмов, является неминуемой причиной появления искр при его работе, даже в случае, когда двигатель абсолютно исправен. Однако важно понимать, что искрение в этом случае минимально. Сильное же искрение, как правило, говорит о том, что работа коллекторного двигателя нарушена и для того, чтобы её наладить, важно выяснить причину неисправности.
Щётки искрят из-за сильного износа
Сильное искрение щёток может возникнуть из-за того, что они сильно износились. При этом сопутствующими признаками износа, помимо обильных искр, будут неспособность развития двигателем полных оборотов и выхода на полную мощность, а также тяжёлый старт двигателя, осуществить который удаётся не с первой попытки. Проверить версию об износе щёток довольно легко: щётки следует прижать к коллектору при помощи отвертки. Если щётки изношены, то при таком прижатии плотность контакта нормализуется и работа двигателя наладится, однако при ослаблении нажима снова появятся искры. Вариант решения проблемы в таком случае только один: замена щёток на новые. Некоторые модели коллекторных двигателей предусматривают замену щёток только совместно с пружинами и держателями.
Неисправность обмоток статора или ротора
При коротких замыканиях и межвитковых замыканиях, происходящих в обмотках статора или ротора, искрение будет неравномерным или даже исходить от одной из щёток. О том, как проверить исправность обмоток электродвигателя, подробно написано здесь . При диагностировании неисправностей обмоток может потребоваться их перемотка или же, в сложных случаях, полная замена ротора или статора.
Межвитковое замыкание якорных обмоток
В этом случае искрить будут обе щётки неисправного электродвигателя, сопутствующим «симптомом» является сильный нагрев обмотки якоря, связанный с неравномерностью токов, поступающих на контакты. Как и в предыдущем случае, при диагностировании проблемы в обмотке необходимо или перемотать её, или полностью заменить неисправный элемент.
Загрязнение коллектора
Щётки являются постоянно изнашиваемым элементом коллекторного двигателя, и в процессе их износа образуется так называемая графитовая пыль, накапливающаяся меж коллекторных пластин, что в результате приводит к замыканиям и, как следствие, появлению искр. При работе с коллекторным механизмом важно следить за положением щёток: если они смещаются, образование графитовой пыли значительно увеличивается. Помимо графитовой пыли, причиной искрения также может стать нагар, образующийся на коллекторе из-за перегрева и создающий лишнее сопротивление при контакте щёток с коллектором. Если причина в загрязнении коллектора, его необходимо очистить с помощью наждачной бумаги, уделяя особое внимание пространству меж лампелей.
Источник
Круговой огонь на коллекторе двигателя постоянного тока
Что такое «круговой огонь на коллекторе»? Чем он отличается от обычного искрения? Каковы причины возникновения кругового огня по коллектору? И насколько это опасно? А также, какие существуют методы борьбы с этим явлением. Эти вопросы и будут рассмотрены далее.
Принцип работы двигателя постоянного тока во многом основан на процессе коммутации секций обмоток его якоря. То есть, на коллекторе вращающегося двигателя происходит постоянное переключение направления электрического тока . Переключение происходит с помощью щеток, которые подключены к источнику постоянного тока.
В нормальном рабочем состоянии под щетками или совсем нет искрения или искрение выражено слабо. Небольшое искрение вполне допустимо, если оно не вызывает почернения коллектора и появления нагара на щётках. Иногда происходит довольно значительное искрение на щетках. Такое может являться нормой, если происходит кратковременно. Например, при пуске двигателя под нагрузкой. Или же искрение может быть признаком близкой поломки электродвигателя.
Но в некоторых случаях искрение может принять недопустимый характер. Например, если двигателю приходится преодолевать усилие, значительно превышающее его номинальную мощность. Также это может произойти при внезапном коротком замыкании. При данных обстоятельствах коммутация обретает чрезвычайно замедленный характер. Потому между коллекторной пластиной и сбегающем с неё краем щетки происходит возникновение электрической дуги.
При вращении дуга растягивается между щетками по всей длине окружности коллектора. Более того, появившаяся дуга, образно говоря, начинает сама себя усиливать. Индукция в воздушном зазоре между ротором и статором начинает распределяться неравномерно. В итоге, между смежными пластинами-ламелями увеличивается напряжение. Во-первых, подобное увеличение напряжения еще больше усиливает искрообразование между соседними пластинами. Во-вторых, это вызывает резкий рост напряжение также между щетками и пластинами коллектора во время того, как они удаляются от сбегающих с них щеток. То есть, создаются условия не только для возникновения, но и для усиления дуги между щетками и пластинами.
Таким образом взаимосвязь всех этих факторов может вызвать вокруг коллектора чрезвычайно мощную электрическую дугу . Дуга большой мощности может даже перекинуться на корпус электродвигателя. Возникновение такого явления называется — «круговой огонь на коллекторе». Разумеется, такое явление представляет большую опасность. Потому как не только приводит электродвигатель в нерабочее состояние, но и может служить причиной пожара.
Безусловно, по причине опасности данного явления существуют методы борьбы с ним. Например, компенсационные обмотки и добавочные полюса. Такие способы, конечно, немного ослабляют угрозу возникновения кругового огня. Однако, полностью причины возникновения этой опасности они не устраняют. Потому в некоторых электродвигателях постоянного тока устанавливают изолирующий экран между коллектором и обмоткой якоря . Это особенно актуально для двигателей, работающих в условиях частых перегрузок. В некоторых случаях применяют воздушное дутьё. То есть, возникающая дуга сдувается в сторону подшипника. А подшипник, в свою очередь, защищают изоляционным теплостойким барьером. А также между щетками разной полярности устанавливают изоляционные перегородки для того, чтобы препятствовать круговому распространению дуги.
Для вашего удобства подборка публикаций
Спасибо за посещение канала, чтение заметки, упоминание в социальных сетях и других интернет — ресурсах, а также подписку, лайки, дизлайки и комментарии ( Лайки и дизлайки можно ставить не регистрируясь и не заходя в аккаунт )
Источник
Искрение на коллекторе
Дата публикации: 23 февраля 2012 .
Категория: Машины постоянного тока.
Причины искрения
С практической точки зрения важно, чтобы коммутация происходила без значительного искрения у контактных поверхностей щеток, так как сильное искрение портит поверхность коллектора и щеток и делает длительную работу машины невозможной.
Причины искрения на щетках можно подразделить на механические и электромагнитные.
Механические причины искрения большей частью связаны нарушением контакта между щеткой и коллектором. Такие нарушения вызываются: 1) неровностью поверхности коллектора, 2) плохой шлифовкой щеток к коллектору, 3) боем коллектора, если он превышает 0,2 – 0,3 мм, 4) выступанием отдельных коллекторных пластин, 5) выступанием слюды между коллекторными пластинами, 6) заеданием щеток в щеткодержателях (тугая посадка), 7) вибрацией щеток (нежесткость токосъемного аппарата, плохая балансировка машины, слишком свободное расположение щеток в щеткодержателях с зазорами более 0,2 – 0,3 мм, слишком большое расстояние между обоймой щеткодержателя и коллектором – более 2 – 3 мм и так далее). Искрение может быть вызвано также неравномерным натягом щеточных пружин, несимметричной разбивкой щеточных пальцев и щеток по окружности и другими причинами механического характера.
Электромагнитные причины искрения на щетках связаны с характером протекания электромагнитных процессов в коммутируемых секциях. Обеспечение достаточно благоприятного протекания этих процессов является важной задачей при создании машин постоянного тока, в особенности крупных.
Степень искрения
Качество коммутации, согласно ГОСТ 183-74 (таблица 1), оценивается степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки, то есть под тем краем, из-под которого пластины коллектора выходят при своем вращении. Степень искрения 1, 1¼ и 1½ и допускаются при любых режимах работы.
Степень искрения (класс коммутации) электрических машин
| Степень искрения (класс коммутации) | Характеристика степени искрения | Состояние коллектора и щеток |
Источник