Как определить допустимую степень искрения на коллекторе в электродвигателе постоянного тока?

Повышенное искрение может происходить из-за неправильной установки щеток (не по заводским меткам), плохого прилегания щеток к коллектору, загрязнения или частичного выгорания коллектора, повышенной вибрации щеточного устройства и др.

Полностью устранить искрение практически не удается, поэтому необходимо уметь правильно определить допустимую степень искрения.

В соответствии с нормами искрение на коллекторе оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и по шкале (классам коммутации), приведенной в таблице 9.

Допустимую степень искрения можно определить и по цвету образующихся искр. Небольшое искрение голубовато-белого цвета, почти всегда имеющееся на сбегающем крае щетки, не представляет собой никакой опасности. Удлиненные искры желтоватого оттенка свидетельствуют о неправильной коммутации. Зеленая окраска искр и присутствие частичек меди на рабочей части щеток указывают на механические повреждения коллектора.

Таблица 9. Степень и характеристика искрения

Степень искрения (класс коммутации)	Характеристика степени искрения	Состояние коллектора и щеток
1	Отсутствие искрения (темная коммутация)	Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках
1.25	Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки
1.5	Слабое искрение под большей частью щетки	Появление следов почернения на коллекторе, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках
2	Искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и перегрузки	Появление следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности бензином, а также следов нагара на щетках
3	Значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных и вылетающих искр. Допускается только для моментов прямого (без реостатных ступеней) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейших работ	Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и разрушение щеток

Kак определить положение геометрической нейтрали машины постоянного тока?

Для правильной установки щеток машин постоянного тока необходимо определить положение геометрической нейтрали.

Определение геометрической нейтрали может быть произведено методом наибольшего напряжения, индуктивным методом и методом двигателя.

При определении нейтрали методом наибольшего напряжения генератор с независимым возбуждением вращают вхолостую с постоянной частотой вращения и током возбуждения. Щетки передвигают по коллектору до тех пор, пока вольтметр, присоединенный к зажимам якоря, не даст максимального отклонения. Такое положение щеток соответствует геометрической нейтрали.

При индуктивном методе машина остается неподвижной и возбуждение подается от постороннего источника постоянного тока. К зажимам якоря подключают чувствительный вольтметр. Щетки передвигают до тех пор, пока внезапное замыкание или размыкание цепи возбуждения не перестает вызывать отклонения стрелки вольтметра. Это положение щеток будет соответствовать положению геометрической нейтрали.

При размыкании обмотки возбуждения в ней могут возникнуть большие перенапряжения. Поэтому ток в обмотке возбуждения необходимо устанавливать небольшим или зашунтировать обмотку возбуждения сопротивлением.

При определении нейтрали методом двигателя находят такое положение щеток, при котором частота вращения двигателя в обе стороны будет одинаковой. Опыт проводят под нагрузкой, при которой ток якоря равен половине номинального. Изменение направления вращения производят изменением полярности зажимов обмотки якоря.

Какие бывают электрические нагреватели?

Косвенный электронагрев сопротивлением применяют для нагрева и термообработки проводящих, непроводящих, твердых, жидких материалов в области температур до 1500°С. Основным элементом электротермической установки сопротивления служит электрический нагреватель — тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Нагреватель представляет собой высокоомное сопротивление — нагревательный элемент, оборудованный вспомогательными устройствами для подвода тока, электроизоляции, защиты от механических повреждений, крепления. Нагревательные элементы выполняют из металлических и неметаллических материалов в виде проволочных спиралей, ленточных зигзагов, стержней, трубок, пленок на изолирующих подложках.

Электронагреватели сопротивления классифицируются по исполнению (открытые, закрытые, герметические); материалу нагревательных элементов (металлические, полупроводниковые, неметаллические); конструктивному исполнению (проволочные, ленточные, стержневые, пленочные);

рабочей температуре (низкотемпературные, средне температурные, высокотемпературные) и другим признакам.

Открытые нагреватели (рис. 8, а, б) просты по устройству, имеют хорошие условия для теплопередачи, ремонтоспособны. Их недостаток — повышенная электрическая опасность, низкий срок службы. Они применяются главным образом в высокотемпературных установках с теплоотдачей преимущественно излучением (термоизлучатели, электрические печи).

Закрытые нагреватели (рис. 8, в) размещают в корпусе, предохраняющем их от механических воздействий и нагреваемой среды. Герметические нагреватели защищены от внешних воздействий, в том числе от доступа воздуха.

Рис. 8. Электрические нагреватели:

а — спираль; б — лента; в — нагреватель в корпусе; 1 — металлический кожух; 2 — нагревательный провод; 3 — изолятор; d — диаметр провода; h — шаг спирали; D — диаметр спирали; а — толщина ленты, b — ширина ленты

Kак устроены трубчатые электрические нагреватели? Kак их выбрать?

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) по исполнению являются герметическими. Это наиболее распространенные электротермические устройства установок низко- и среднетемпературного нагрева.

Рис. 9. Трубчатый электронагреватель (ТЭН): 1 — оболочка (трубка); 2 — спираль; 3 — контактный стержень; 4 — изолятор (периклаз или кварцевый песок); 5 — мастика; 6 — фарфоровая втулка; 7 — контактная гайка. L — общая длина ТЭНа; Lакт — активная (рабочая) длина t; tк — длина контактного стержня; h — шаг спирали; d — диаметр провода; dcn — диаметр спирали; dcn.наp — диаметр спирали наружный;

dmp. вн — диаметр трубки внутренний; dmp.нар— диаметр трубки наружный

Устройство типового ТЭНа показано на рис.9,а. Он состоит из тонкостенной (0,8—1,2 мм) металлической трубки (оболочки) 7, в которой размещена спираль 2 из проволоки высокого удельного электрического сопротивления. Концы спирали соединены с контактным стержнем 3, наружные выводы 7 которого служат для подключения нагревателя к питающей сети. Материалом трубки может быть углеродистая сталь марок 10 или 20, если температура поверхности ТЭНа в рабочем режиме не превышает 450°С, и нержавеющая сталь 12Х18Н10Т при более высоких температурах или при работе в агрессивных средах (табл.10). Спираль изолируют от трубки наполнителем 4, имеющим высокие электроизолирующие свойства и хорошо проводящим теплоту. В качестве наполнителя используют периклаз (кристаллическая окись магния). После заполнения наполнителя трубку опрессовывают. Под большим давлением периклаз превращается в монолит, надежно фиксирующий спираль по оси трубки. Спрессованный нагреватель может быть изогнут для придания необходимой формы. Контактные стержни 3 изолируют от трубки изолятором 6, торцы герметизируют влагозащищающим кремнийорганическим лаком (герметиком) 5.

Преимущество ТЭНов — универсальность, надежность и безопасность обслуживания. Их можно использовать при контакте с газообразными и жидкими средами при давлении до 9, 8 • 105 Па. Они не боятся ударов и вибраций, но не являются взрывобезопасными. Рабочая температура поверхности ТЭНов может достигать 800°С, что удовлетворяет большинству бытовых и сельскохозяйственных тепловых процессов и позволяет использовать их в качестве тепловыделяющих источников не только в установках кондуктивного и конвективного нагрева, но и в качестве излучателей в установках лучистого (инфракрасного) нагрева. Вследствие герметизации спиралей срок службы ТЭНов достигает 10 тыс. ч. ТЭНы изготовляют по ГОСТ 13268. Единичная мощность их (15—12)*103 Вт, а в блоке (из двух или трех нагревателей) достигает 24-103 Вт, развернутая длина 185—5280 мм, наружный диаметр трубки 6, 5—8, 0—10—12, 5—16 мм, номинальное напряжение 12, 36, 48, 55, 127, 220 и 380 В, климатическое исполнение УХЛ4 или УХЛЗ по ГОСТ 15150.

Структура условного обозначения ТЭНа: ТЭН -1 23/4567, где 1 — развернутая длина ТЭНа по оболочке L, см (рис. 9); 2 — длина контактного стержня в заделке (изменяется от 40 до 630 мм); 3-номинальный диаметр трубки, мм; 4 — номинальная мощность, кВт; 5 — обозначение нагреваемой среды и материала трубки (табл. 10); 6 — номинальное напряжение. В; 7 — вид климатического исполнения по ГОСТ 15150. Пример: трубчатый электронагреватель ТЭН-120Г13/1Т220УХЛ4 имеет развернутую длину 120 см, длина контактного стержня в заделке (индекс Г) равна 125 мм, диаметр трубки 13 мм, номинальная мощность 1 кВт, предназначен для нагрева воздушной среды со скоростью движения до 1,5 м/с; трубка из стали 12Х18Н10Т, температура поверхности трубки от 450 до 650°С (индекс Т); номинальное напряжение 220 В; вид климатического исполнения УХЛ4 по ГОСТ 15150.

•ТЭНы выпускают разнообразной конструкции, что позволяет встраивать их в самые разные установки, начиная от промышленных печей и до бытовых электронагревательных приборов. Помимо обычного исполнения выпускают одноконцевые ТЭНы патронного типа диаметром от 6,5 до 20 мм, отличающиеся высокой удельной поверхностной мощностью (до 38 • 10^4 Вт/м^2), а также плоские ТЭНы (сечением 5х11 и 6х17 мм) с развитой теплоотдающей поверхностью. К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую металлоемкость и стоимость из-за использования дорогостоящих материалов (нихром, нержавеющая сталь), невысокий срок службы, невозможность ремонта при перегорании спирали.

Таблица 10. Нагреваемые среды, характер нагрева, предельная (удельная) поверхностная мощность, материал оболочки ТЭНа и ее температура