Воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле главных полюсов называется реакцией якоря.

Её происхождение объясняется следующим образом (рис.1.7):

· при протекании тока только по обмотке возбуждения образуется магнитное поле главных полюсов. Оно распределяется симметрично продольной оси машины, поэтому его называют продольным;

· при протекании тока только по обмотке якоря, образуется магнитное поле якоря. Оно направлено поперёк оси полюсов и его называют поперечным.

· на самом же деле при работе электрической машины ток протекает, как по обмотке возбуждения, так и по обмотке якоря. Это приводит к тому, что магнитное поле якоря накладывается на магнитное поле главных полюсов и, в результате образуется результирующее магнитное поле главных полюсов.

Оно распределяется в основном по краям полюсов. Например, по северному полюсу оно распределяется следующим образом. Под его правым краем магнитное поле усиленное, так как магнитные силовые линии поля возбуждения и поля якоря направлены согласованно, что

видно при сравнении рис.1.7,а и рис.1.7,б. Под левым краем - магнитное поле ослабленное, так как магнитные силовые линии поля якоря направлены встречно таким же линиям поля главных полюсов. Магнитное поле по краям южного полюса распределяется наоборот.

Таким образом, результирующее магнитное поле главных полюсов получилось искаженным и несимметричным. Из-за этого физическая нейтраль сместилась относительно геометрической на некоторый угол (у двигателей - против вращения).

Прuмечанuе: геометрическая нейтраль - это условная линия, перпендикулярная оси главных полюсов. Физическая нейтраль - это условная линия, перпендикулярная оси магнитного поля возбуждения, соединяющая точки окружности якоря с индукцией равной нулю.

Рис. 1.7. Магнитное поле машины постоянного тока: поле от обмотки возбуждения (а); поле от обмотки якоря (б); поле результирующее (в).

1.8. ВРЕДНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ.

Вредные последствия реакции якоря заключаются в следующем:

. из-за смещения физической нейтрали проводники коммутируемой секции, находящиеся на геометрической нейтрали, оказались под воздействием искаженного магнитного поля главных полюсов. В них, кроме реактивной Э.Д.с., индуцируется Э.Д.с. вращения. Это приводит к увеличению тока коммутации, а значит и к ухудшению коммутации;

· результирующее магнитное поле полюсов, по сравнению с собственным полем, получилось несколько ослабленным: уменьшение магнитного поля под одним краем полюса происходит в большей степени, чем увеличение его под другим краем полюса;

· при вращении якоря напряжение между коллекторными пластинами U_K (межламельное напряжение) тех секций, которые проходят под краем полюсов с усиленным полем, увеличивается (рис.1.8), а под краем с ослабленным полем - уменьшается. Поскольку напряжение увеличивается в 2-2,5 раза против расчётного межламельного напряжения, коммутация резко ухудшается, и создаются условия для образования кругового огня.

Рис. 1.8. Распределение магнитной индукции вдоль окружности якоря (а) и положение секции обмотки якоря, при котором максимальное межламельное напряжение (б): 1-кривая распределения индукции от магнитного потока возбуждения; 2-кривая распределения индукции от магнитного потока якоря; 3-кривая распределения результирующей индукции.

1.9. МЕРЫ, УМЕНЬШАЮЩИЕ ВРЕДНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ.

Меры, уменьшающие вредные последствия реакции якоря, заключаются в следующем:

· увеличение воздушного зазора между якорем и полюсами до оптимальной величины. Для электродвигателя типа ТЛ-2К1 расстояние между якорем и главными полюсами равно 4,5 мм, а между якорем и дополнительными полюсами 7 мм;

· применение специальной формы воздушного зазора или формы листов сердечников главных полюсов, затрудняющих проникновение магнитного потока якоря в сердечники главных полюсов (рис.1.9);

Рис. 1.9. Меры, уменьшающие реакцию якоря, у тяговых электродвигателей без компенсационной обмотки: увеличение воздушного зазора по краям сердечника главных полюсов (а); применение полюсных наконечников сердечника в виде рога (б); применение гребенки: один полюсной наконечник сердечника листа срезается в длину 100 мм и высоту 12 мм и сердечник набирается чередованием наконечников специальной формы (тяговый электродвигатель типа ДПЭ-400 у электровоза 8Л22) (в); применение полюсных наконечников специальной формы (тяговый электродвигатель НБ-412 у электровоза8Л22) (г).

· наиболее эффективной мерой является применение компенсационной обмотки. Она укладывается в пазы на полюсной дуге сердечников главных полюсов и создает магнитное поле, направленное против магнитного поля якоря. Поэтому реакция якоря (искажение магнитного поля главных полюсов) под главным полюсом полностью компенсируется. Для автоматического действия этой обмотки она соединяется последовательно с обмоткой якоря. При увеличении тока в обмотке якоря, увеличивается его магнитный поток и на эту же величину увеличивается ток и магнитный поток компенсационной обмотки.

1.9. КРУГОВОЙ ОГОНЬ НА КОЛЛЕКТОРЕ.

Круговой огонь - это мощная электрическая дуга, возникающая на коллекторе при соответствующих условиях механического и электрического характера. Эти причины вызывают искрение, переходящее в дуговой разряд, а затем и в круговой огонь.

Причинами механического характера, вызывающими круговой огонь являются:

· неправильно настроенная коммутация на заводе-изготовителе или в депо после ТО или ТР неправильно установлена траверса;

· заволакивание межламельного пространства медью коллекторных пластин (рис.1.1 О), неправильно снятые фаски с коллекторных пластин, затрудняющие выдувание щёточной пыли, или попадание частиц отколовшихся от щётки между коллекторными пластинами;

· грязный коллектор, миканитовый (изоляционный) конус, изоляторы кронштейнов, выступание миканитовых пластин коллектора выше медных пластин;

· неправильно установлены щёткодержатели относительно коллектора;

· перекос или тугое перемещение щёток в щёткодержателе из-за неправильно выполненных зазоров;

· неправильно отрегулировано давление на щётки, непросушенные щётки или не притёртые к коллектору;

· установка щёток различных марок;

· выработка коллектора или его биение выше нормы.

Причины электрического xapaкmepa:

· увеличение межламельного напряжения на коллекторе, происходящее в двух случаях. Первый случай - боксование в режиме тяги: увеличивается частота вращения якоря, противо-э.д.с., напряжение на всём коллекторе, а значит и межламельное напряжение. Второй случай - рекуперативное торможение, когда напряжение в контактной сети возрастает до величины 4000 В, особенно на П соединении тяговых электродвигателей, или в обоих режимах - броски напряжения в контактной сети;

Рис. 1.10. Схема образования кругового огня: замыкание пластин (а и б); первичная дуга (в); дуга, переходящая в круговой огонь (г).

· увеличение реакции якоря, приводящее к неравномерному распределению межламельного напряжения по окружности коллектора. Её увеличение может иметь место в режиме рекуперативного торможения из-за неправильно установленного соотношения токов.

I_Я/I_B (более 2,3 на П и более 4 на СП соединении тяговых электродвигателей) или же в режиме тяги при глубоком ослаблении возбуждения: параллельное соединение тяговых двигателей с применением позиций ОП3 и ОП4 тормозной рукоятки контроллера машиниста.

При увеличении межламельного напряжения до 34-36 В, да ещё при наличии причин механического характера, возникшее искрение переходит в дуговой разряд. Воздух вокруг дуги ионизируются, то есть становится токопроводящим. В зависимости от состояния коллекторно-щёточного узла, его чистоты и влажности воздуха дуга соединяет коллекторные пластины между плюсовыми и минусовыми щёткодержателями (при чистом коллекторе, конусе, сухом воздухе), или соединяются коллекторные пластины всего коллектора (круговой огонь) при грязном коллекторе, конусе и влажном воздухе. В этом случае воздух ионизируется уже вокруг всего коллектора, и дуга перебрасывается на остов или сердечники полюсов, что является коротким замыканием.

Последствия кругового огня:оплавление меди по петушкам, по концам ламелей, почернение коллектора, обгар изоляционного (миканитового) конуса и повреждение глазури изоляторов кронштейнов щёткодержателей.

Меры, исключающие образование кругового. огня:правильно настроенная коммутация, правильное содержание коллекторно-щёточного узла тягового электродвигателя и правильная эксплуатация.

Примечание: межламельное напряжение определяется по формуле:

(для двигателя ТЛ-2К1)