Е) Круговой огонь на коллекторе. Компенсационная обмотка.

При работе машины постоянного тока может образоваться круговой огонь на коллекторе, под которым понимается электрическая дуга, охватывающая часть или весь коллектор по его цилиндрической поверхности. Явление кругового огня на коллекторе подробно исследовалось в Советском Союзе К. И Шенфером, О. Б. Броном, В. С. Александровым, А. И. Москвитиным и др. Исследования позволили выявить причины этого сложного явления. Оно может возникнуть при перегрузках машины. В этом случае сильно искажается поле под главными полюсами из-за поперечной реакции якоря (дополнительные полюсы компенсируют реакцию якоря только в коммутационной зоне). В результате возрастают максимальная индукция в воздушном зазоре и пропорциональное этой индукции максимальное напряжение U_к.м между соседними коллекторными пластинами (рис. 5-38).

Рис. 5-38. Максимальная индукция B_dм в воздушном зазоре машины при ее перегрузке, определяющая максимальное напряжение U_к.м между соседними коллекторными пластинами (пунктирная кривая — кривая поля машины при холостом ходе).

Если при этом поверхность коллектора загрязнена и он окружен воздухом, ионизированным вследствие искрения под щетками, то создаются условия для образования небольших электрических дуг между пластинами, которые в дальнейшем могут перейти в устойчивую мощную дугу. Такая дуга опасна для машины и может привести к серьезным повреждениям. В машинах небольшой и средней мощности нормального исполнения образование кругового огня на коллекторе наблюдается крайне редко. Это явление не следует смешивать с явлением кругового искрения, которое обычно не причиняет большого вреда машине, однако требует более частой чистки коллектора и приводит к более быстрому износу щеток и коллектора.

Для предотвращения кругового огня на коллекторе нужно иметь достаточное число коллекторных пластин на полюсное деление, чтобы напряжение между соседними коллекторными пластинами не было слишком большим. В мощных машинах, работающих с большими перегрузками (например, двигатели для крупных прокатных станов), кроме того, нужно применить компенсационную обмотку, чтобы не было искажения поля под главными полюсами. Проводники компенсационной обмотки, которая соединяется последовательно с обмоткой якоря, закладываются в пазы полюсных наконечников (рис. 5-39). Она при этом компенсирует поперечную реакцию якоря под главными по­люсами при всех нагрузках машины.

Рис. 5-39. Машина с компенсационной обмоткой в пазах полюсных наконечников.

Компенсационная обмотка обычно применяется для мощных и быстроходных машин при мощности на один полюс свыше 80—100 кВт, при U>400 В, если машина подвергается перегрузкам свыше 120% и если e_R>6 В. Применение ее для нормальных машин становится экономически целесообразным при мощностях свыше 900 кВт, даже если указанные условия отсутствуют.

5-8. Электромагнитный вращающий момент

Электромагнитный вращающий момент может быть найден, исходя из закона электромагнитных сил.

Согласно этому закону сила, действующая на проводник (рис. 5-40),

F_x = B_xil. (5-45)

Рис. 5-40. К определению электромагнитного вращающего момента.

Общая сила, действующая на якорь при числе проводников обмотки якоря N и токе в проводнике Ia/2a,

. (5-46)

Искомый вращающий момент

. (5-47)

Подставив вместо диаметра якоря и учитывая, что B_срtl = Ф, получим:

, Дж , кг·м (5-48)

или

M = c_мI_aF, (5-49)

где — постоянная для данной машины величина.

Поток Ф в предыдущих равенствах представляет собой поток, определяемый действительной кривой поля машины при нагрузке и положением щеток (рис. 5-40).

То же самое выражение для вращающего момента можно получить, исходя из электромагнитной мощности машины Р_эм=Е_аI_а:

, Дж.

В генераторе электромагнитный момент действует против вращения и является, следовательно, тормозящим по отношению к первичному двигателю. Момент, создаваемый первичным двигателем, уравновешивает электромагнитный момент генератора и момент, соответствующий механическим и магнитным потерям в генераторе.

В двигателе электромагнитный момент действует по вращению и уравновешивает тормозящий момент нагрузки на валу и момент, соответствующий механическим и магнитным потерям в двигателе.

5-9. Генераторы