§ 27.5. Круговой огонь по коллектору

При значительных перегрузкахиливнезапном коротком за­мыканиимашины постоянного тока коммутация приобретает рез­ко замедленный характер. В этом случае между сбегающей кол­лекторной пластиной и сбегающим краем щетки возникает электрическая дуга. Так

Рис. 27.13. Растяжение электрической дуги на вращающемся коллекторе (а)

и расположение между щетками (б)

как коллектор вращается, то дуга механи­чески растягивается (рис. 27.13, а). Наря­ду с этим перегрузка машины сопровожда­ется усилением реак­ции якоря, под действием которой распре­деление индукции в воздушном зазоре машины становится не­ равномерным (см. рис. 26.4, в). В результате напряжение между соседними коллекторными пластинами увеличивается, превышая допустимые пределы (см. § 25.5). Это, с одной стороны, может привести к возникновению электрических дуг между смежными пластинами, а с другой стороны, появление высокого потенциала на некоторых пластинах вызывает резкое повышение напряжения между щеткой и коллекторными пластинами по мере их удаления от сбегающего края щетки. Все это создает условия для возникнове­ния электрической дуги между щеткой и коллекторными пластинами.

Таким образом, в условиях значительной перегрузки в машине постоянного тока появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. При этом электрические дуги, вызванные коммутационными при­чинами, сливаются с дугами,вызванными потенциальными при­чинами, образуя вокруг коллектора мощную электрическую дугу, которая может перекинуться также и на корпус машины. Описан­ное явление называется круговым огнем по коллектору. Круговой огонь очень опасен, так как может привести к тяжелой аварии ма­шины, включая возникновение в машине пожара.

Добавочные полюсы и компенсационная обмотка хотя и ос­лабляют опасность возникновения кругового огня, но полностью ее не устраняют. Поэтому для защиты обмотки якоря от повреж­дения электрической дугой в случае возникновения кругового огня в электрических машинах, работающих в условиях частых пере­грузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран. В некоторых машинах применяют воздушное дутье, сдувающее дугу в сторону подшипника, защищенного теп­лостойкой изоляционной перегородкой. Для создания препятствия на пути распространения дуги между щетками разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала (рис. 27.13, б).

14. Генераторы постоянного тока. Уравнений напряжений и моментов генератора постоянного тока. Характеристики генератора постоянного тока: самовозбуждения, холостого хода, короткого замыкания, нагрузочная, внешняя, регулировочная.

§ 28.1. Основные понятия

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС [см. (25.20)]. При подключении к генератору нагрузки в цепи яко­ря возникает ток, а на выводах генератора устанав­ливается напряжение, определяемое уравнением на­пряжений для цепи якоря генератора:

. (28.1)

Здесь

(28.2)

— сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря , обмотки добавочных полюсов,компенсационной обмотки , последовательнойобмотки возбуждения и переходного щеточногоконтакта .

При отсутствии в машине каких-либо из указан­ных обмоток в (28.2) не входят соответствующиеслагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент . Если генератор ра­ботает в режиме х.х. , то для вращения егоякоря нужен сравнительно небольшой момент холо­стого хода . Этот момент обусловлен тормознымимоментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодей­ствуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный моментМ [см. (25.24)]. В генераторе этот момент направлен встречно вра­щающему моменту приводного двигателяПД (рис.28.1), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

Рис. 28.1. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока

При неизменной частоте вращения вра­щающий момент приводногодвигателя уравнове­шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом х.х. и электромагнитным моментом М, т. е.

. (28.3)

Выражение (28.3) — уравнение моментов для генератора при . Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря , получим уравнение мощностей:

, (28.4)

где — подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая); — мощ­ность х.х., т. е. мощность, подводимая к генератору врежиме х.х. (при отключен­ной нагрузке); —электромагнитная мощность генератора.

Согласно (25.27), получим

,

или с учетом (28.1)

, (28.5)

где — полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощ­ность, отдаваемая генератором нагрузке; — мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря (см. § 29.8).

Учитывая потери на возбуждение генератора , получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

. (28.6)

Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем , преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность , передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь.

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии . Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. от тока возбуждения:

прии.

Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения :

прии.

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки :

прии ,

где — регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­дения.

Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуж­дения от тока нагрузки при неизменном напряжении на выходе генератора:

прии .

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов постоянного тока.

15. Генератор параллельного и независимого возбуждения принцип действия и характеристики. Условия самовозбуждения машин постоянного тока.