Коммутация в машинах постоянного тока

Размещено на http://allbest.ru

1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка прилегает к коллектору не всей поверхностью, то возникают чрезмерные местные плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и коммутационные.

Механические причины искрения - слабое давление щеток на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щеткодержателей, а также другие причины, вызывающие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появляются при возникновении напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение . В этом случае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационные причины искрения создаются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начинать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труднее обнаружить и устранить коммутационные причины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраивают темную коммутацию, исключающую какое-либо искрение. Однако в процессе эксплуатации машины, по мере износа коллектора и щеток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходимо остановить для выяснения и устранения причин искрения. Однако небольшое искрение в машинах общего назначения обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Степень 1 -- искрения нет (темная коммутация).

Степень 1^1/₄ -- слабое искрение под небольшой частью щетки, не вызывающее почернения коллектора и появления нагара на щетках.

Степень 1^1/₂ -- слабое искрение под большей частью щетки, приводящее к появлению следов почернения на коллекторе, легко устраняемого протиранием поверхности коллектора бензином, и следов нагара на щетках.

Степень 2 -- искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и при перегрузке. Приводит к появлению следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках.

Степень 3 -- значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных вылетающих искр, приводящее к значительному почернению коллектора, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также к подгару и разрушению щеток. Допускается только для моментов прямого (безреостатного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы.

Если допустимая степень искрения в паспорте электрической машины не указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1^1/₂.

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на другую (набегающую) сопровождается переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменением как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие его явления называются коммутацией.

Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей, а продолжительность процесса коммутации -- периодом коммутации:

Т_к = [60/(Kn)](b_щ/ b_к)

где b_щ -- ширина щетки; К -- число коллекторных пластин; n -- частота вращения якоря, об/мин; b_к -- расстояние между серединами соседних коллекторных пластин (коллекторное деление). Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щетки равна коллекторному делению; щетки расположены на геометрической нейтрали; электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по сравнению с сопротивлением переходного контакта «щетка-- коллектор» пренебрежимо мало (обычно такое соотношение указанных сопротивлений соответствует действительности).

Рис. 1. Переход коммутирующей секции из одной параллельной ветви



В начальный момент коммутации (рис. 1, а) контактная поверхность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней равен i_a. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней постепенно уменьшается. В середине процесса коммутации (t = 0,5T_К) контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рис. 1, б). В конце коммутации (t = T_к) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакт с пластиной 1 (рис. 1, в), а ток в коммутирующей секции становится равным -- i_a, т. е. по значению таким же, что и в начале коммутации, а по направлению -- противоположным. При этом коммутирующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

2. Прямолинейная коммутация

Этот вид коммутации имеет место в машине, если в процессе коммутации в коммутирующей секции ЭДС не наводится или, что более реально, сумма ЭДС в коммутирующей секции равна нулю. В этом случае для коммутирующей секции, замкнутой щеткой (рис. 1, б), в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать

i₁r₁ - i₂r₂ = 0 (1)

r₁ и r₂ -- переходные сопротивления между щеткой и сбегающей 1 и набегающей 2 пластинами; i₁ и i₂ -- токи, переходящие в обмотку якоря через пластины 1 и 2:

i₁ = i_a + i ; i₂ = i_a - i (2)



здесь i - ток в коммутирующей секции.

Используя (2), получим

(i_a + i)r₁ - (i_a - i)r₂ = 0

откуда ток в коммутирующей секции

i = i_a(r₂ - r₁)/ (r₂ + r₁) (3)

Закон изменения тока коммутирующей секции в функции времени определяется уравнением

i = i_а(1 - 2t /Т_к). (4)

Это уравнение является линейным, а поэтому график i = f (t) представляет собой прямую линию, пересекающую ось абсцисс в точке t = 0,5 T_k (рис. 2). Коммутация, при которой ток в коммутирующей секции i изменяется по прямолинейному закону, называют прямолинейной (идеальной) коммутацией.

Весьма важным фактором, определяющим качество коммутации, является плотность тока в переходном контакте «щетка-пластина»: j_i -- плотность тока под сбегающим краем щетки; j₂ -- плотность тока под набегающим краем щетки.

Плотность тока под щеткой прямо пропорциональна тангенсу угла между осью абсцисс и графиком коммутации, т.е.

График прямолинейной (идеальной) коммутации имеет вид прямой линии. При этом б₁ = б₂, а следовательно, плотность тока в переходном контакте «щетка -- коллектор» в течение всего периода коммутации остается неизменной (j₁ = j₂ = const). Физически это объясняется тем, что при прямолинейной коммутации убывание тока, проходящего через сбегающую пластину коллектора, пропорционально уменьшению площади контакта щетки с этой пластиной, а нарастание тока через набегающую пластину пропорционально увеличению площади контакта щетки с этой пластиной.

Рис. 2. График тока прямолинейной коммутации

Из построений, сделанных на рис. 2, следует, что к моменту времени, когда щетка теряет контакт со сбегающей пластиной, ток через эту пластину уменьшается до нуля. Таким образом, при прямолинейной коммутации пластина коллектора выходит из-под щетки без разрыва тока.

Изложенные свойства прямолинейной (идеальной) коммутации -- постоянство плотности тока под щеткой и выход пластины из-под щетки без разрыва тока -- являются основными, и благодаря им этот вид коммутации не сопровождается искрением на коллекторе.

3. Криволинейная замедленная коммутация

Период коммутации в современных машинах постоянного тока весьма мал и составляет приблизительно 10^-3 - 10^-5 с. При этом средняя скорость изменения тока в коммутирующей секции (di/ dt)_ср очень велика, что приводит к появлению в коммутирующей секции ЭДС самоиндукции



e_L = - L_c (di /dt), (5)

где L_с -- индуктивность секции; i -- ток в коммутирующей секции.

Рис. 3. Магнитная связь одновременно коммутирующих секций: а -- при полном шаге (у₁ = ф); б -- при укороченном шаге обмотки якоря (у₁ < ф)

Обычно в каждом пазу якоря находится несколько пазовых сторон (не менее двух), принадлежащих разным секциям. При этом если шаг обмотки полный (у₁ = ф), то все эти секции одновременно находятся в состоянии коммутации, будучи замкнутыми разными щетками (рис. 3, а). Обычно ширина щетки больше коллекторного деления и каждая щетка замыкает одновременно несколько секций. Так как пазовые части коммутирующих секций лежат в одних пазах, то изменяющийся магнитный поток каждой из этих частей наводит в пазовых частях других секций ЭДС взаимоиндукции

е_м = - М_с (di/ dt), (6)

где М_с -- взаимная индуктивность одновременно коммутирующих секций.

Обе ЭДС создают в коммутирующей секции реактивную (результирующую) ЭДС

е_р = е_L + е_м = -(L_c + M_с)(di/ dt) (7)

которая препятствует изменению тока в коммутирующей секции. Кроме того, под влиянием реакции якоря магнитная индукция в зоне коммутации (на геометрической нейтрали) приобретает некоторое значение В_к (см. рис. 4, в), под действием которой в коммутирующей секции наводится ЭДС вращения

е_вр = В_к 2lw_cv, (8)

где l -- длина пазовых частей секции; w_с -- число витков в секции; v -- линейная скорость движения секции.

Электродвижущая сила вращения в отличие от реактивной ЭДС может иметь разное направление в зависимости от полярности внешнего магнитного поля в зоне коммутации.

Если машина не имеет добавочных полюсов, то ЭДС вращения направлена согласованно с реактивной ЭДС.

В этом случае в контуре коммутирующей секции действует сумма ЭДС

?e = e_р + e _в.р. (9)

С учетом изложенного уравнение по второму закону Кирхгофа для коммутирующей секции замкнутой щеткой имеет вид

i₁r₁ - i₂r₂ = ?e (10)



или с учетом (3) запишем выражение тока в коммутирующей секции при криволинейной замедленной коммутации:

i = [i_a(r₂ - r₁)/ (r₂ + r₁)] + [?e/ (r₂ + r₁)] (11)

Первое слагаемое правой части полученного выражения представляет собой ток прямолинейной коммутации [см. (3)]

i_пр = i_а(r₂ - r₁)/ (r₂ + r₁) (12)

Второе слагаемое правой части выражения (11) определяет значение дополнительного тока коммутации, возникающего в контуре коммутирующей секции под действием ЭДС ?e:

i_д = ?e /(r₂ + r₁). (13)

Таким образом, ток в коммутирующей секции при криволинейной замедленной коммутации равен сумме двух составляющих:

i = i_пр + i_д. (14)

Характер изменения тока i_пр определяется графиком, показанным на рис. 2. Что же касается дополнительного тока коммутации i_д, то для определения характера его изменения за период коммутации необходимо предварительно выяснить, как меняются за период коммутации величины, определяющие этот ток, а именно ЭДС ?e и сумма сопротивлений (r₂ + r₁).

Если в машине нет добавочных полюсов и магнитная индукция в зоне коммутации В_к невелика, то ЭДС ?e определяется главным образом реактивной ЭДС



е_р = -(L_с+М_с)(di/dt).

При прямолинейном законе изменения тока di/dt = соnst, а следовательно, ?e = const.

Закон изменения суммы сопротивлений (r₁ + r₂) определяется выражением

r₂ + r₁ = (15)

где R -- сопротивление переходного контакта «щетка--пластина», когда пластина коллектора полностью перекрыта щеткой и площадь ее переходного контакта равна S_k.

В начале (t = 0) и в конце (t = T_к) коммутации r₁ + r₂ = ?; при

t = 0,5 T_k Гц

сумма сопротивлений

r₂ + r₁ = 4R.

На рис. 4, а представлен график f(t). Этому закону изменения суммы сопротивлений и постоянству ЭДС ?e соответствует кривая 1 изменения добавочного тока коммутации i_д = f(t) представленная на рис. 4, б.

Физически это объясняется реактивным действием суммарной ЭДС ?e, наводимой в коммутирующей секции, препятствующей изменениям тока в этой секции от + i_а в начале коммутации до - i_a в ее конце. По этой причине в середине периода коммутации (точка а) ток в коммутирующей секции i_a = i_д, т.е. он не равен нулю, как это имело место при прямолинейной коммутации (см. рис. 2), а равен добавочному току коммутации i_д, который в этот момент времени (t = 0,5 T_к) имеет наибольшее значение (см. рис. 4, б, график 1).

Рис. 4. Графики изменений сопротивлений (r₁ + r₂) и тока i_д

Уменьшение тока i_a до нуля и изменение его направления наступают во второй половине периода коммутации в момент времени t > 0,5 Т_к (точка b), т. е. по сравнению с прямолинейной в рассматриваемом виде коммутации процесс изменения направления тока в коммутирующей секции затягивается во времени. В итоге график коммутации приобретает криволинейный вид. По этой причине такую коммутацию называют криволинейной замедленной. Характерный признак этого вида коммутации -- неодинаковая плотность тока под щеткой в начале и в конце периода коммутации.

В этом можно убедиться, воспользовавшись построениями, сделанными на рис. 5, для момента времени

t = 0,5 Т_к.

Среднее значение плотности тока под набегающим краем щетки j₂, имеющим контакт с пластиной 2 (рис. 6, а), меньше среднего значения плотности тока j₁ под сбегающим краем щетки, имеющим контакт с пластиной 1. С одной стороны, это объясняется тем, что tg б₂ < tg б₁, (см. рис. 5), а с другой стороны, тем, что при t = 0,5 T_к токи, отходящие в обмотку якоря через пластины 1 и 2, не равны: i₂ < i₁. При криволинейной замедленной коммутации площадь S₁ соприкосновения пластины 1 с щеткой уменьшается быстрее, чем ток

i₁ = i_а + i_д,

а поэтому плотность тока под сбегающим краем щетки повышается. К концу периода коммутации эта плотность тока достигает наибольшего значения

j ? tg б^/₁,

где б^/₁ соответствует t ? Т_к (см. рис. 5).

Рис. 5. График тока криволинейной замедленной коммутации

При значительных нагрузках машины плотность тока под сбегающим краем щетки может достигнуть недопустимо больших значений и вызвать искрение на коллекторе. Однако, как показывает опыт, возможно появление искрения и при небольших нагрузочных токах в цепи якоря. Это свидетельствует о том, что увеличение плотности тока под сбегающим краем щетки не единственная причина искрения на коллекторе.

Искрение возникает также при размыкании замкнутой накоротко щеткой цепи коммутирующей секции при выходе сбегающей пластины коллектора из-под щетки.

В момент размыкания коммутирующей секции с добавочным током коммутации накопленная в ней энергия магнитного поля (Дж) затрачивается на создание электрической дуги между сбегающим краем щетки и сбегающей коллекторной пластиной.

W = 0,5 L_c i²_д (16)

Рис. 6. Распределение плотности тока под щеткой при криволинейной замедленной (а) и ускоренной (б) видах коммутации

Изложенные выше свойства криволинейной замедленной коммутации -- повышение плотности тока под сбегающим краем щетки и выход сбегающей пластины из-под щетки с разрывом цепи тока коммутации -- создают условия к возникновению искрения на коллекторе под сбегающими краями щеток.



4. Способы улучшения коммутации

Основная причина неудовлетворительной коммутации в машинах постоянного тока -- добавочный ток коммутации

i_д = ?e / ?r_к (17)

Здесь ?r_к -- сумма электрических сопротивлений добавочному току коммутации i_д: сопротивления мест пайки в петушках, переходного контакта между коллекторными пластинами и щеткой и собственно щетки.

Однако из перечисленных сопротивлений, входящих в ?r_к, наибольшее значение имеет сопротивление щетки и переходного контакта, поэтому, обозначив их r_щ, с некоторым приближением можно записать

i_д = ?e / r_щ (18)

Из полученного выражения следует, что уменьшить ток i_д, а следовательно улучшить коммутацию, можно либо увеличением сопротивления r_щ, либо уменьшением суммарной ЭДС ?e в коммутирующей секции. Отсюда вытекает ряд способов улучшения коммутации, основные из которых рассмотрены ниже.

Выбор щеток. С точки зрения обеспечения удовлетворительной коммутации целесообразнее применять щетки с большим переходным падением напряжения в переходном контакте и собственно щетке, т. е. щетке с большим сопротивлением r_щ. Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте этих щеток невелика, а поэтому их применение в машинах со значительным рабочим током ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует увеличения площади коллектора за счет его длины. Это привело бы к увеличению габаритов машины и дополнительному расходу меди. Поэтому щетки с большим r_щ применяют преимущественно в машинах с относительно высоким напряжением, а следовательно, и с небольшим рабочим током.

Щетки для электрических машин разделяют на четыре группы, различающиеся составом, способом изготовления и характеристиками (табл. 1). Выбирают щетки в соответствии с рекомендациями, выработанными на основании многолетнего опыта проектирования и эсплуатации электрических машин. Наибольшее применение в машинах постоянного тока напряжением 110 -- 440 В имеют электрографитированные щетки.

Увеличению переходного сопротивления щеточного контакта, а следовательно улучшению коммутации, способствует политура коллектора -- тонкая оксидная пленка на поверхности коллектора, обладающая повышенным электрическим сопротивлением.

Уменьшение реактивной ЭДС. Существенное влияние на суммарную ЭДС в коммутирующей секции оказывает реактивная ЭДС

е_р = e_l + е_м.

ЭДС взаимоиндукции е_м в значительной степени зависит от ширины щетки: чем шире щетка, тем большее число коллекторных пластин перекрывает она одновременно, а следовательно, тем больше секций одновременно коммутируется, что вызывает повышение ЭДС взаимоиндукции е_м. Однако слишком узкие щетки также нежелательны из-за недостаточной механической прочности, а также потому, что для создания необходимой площади контактной поверхности в узкой щетке пришлось бы увеличить ее длину, а это привело бы к необходимости увеличения длины коллектора. Наиболее целесообразны щетки шириной в 2--3 коллекторных деления.

Заметное влияние на реактивную ЭДС оказывает тип обмотки якоря. Так, если обмотку якоря выполнить с укороченным шагом (у₁ < ф), то активные стороны одновременно коммутирующих секций окажутся в разных пазах (см. рис. 3, б), что будет способствовать уменьшению ЭДС взаимоиндукции. Реактивная ЭДС может быть ослаблена уменьшением индуктивности секций L_c. Для этого следует применять в обмотке якоря секции с большим числом витков (L_c ? w_c) и полузакрытые пазы. Однако осуществление многих мероприятий привело бы к созданию громоздких и неэкономичных машин. Поэтому при проектировании машин постоянного тока выбор указанных параметров связывают со стремлением получить компактную и экономичную машину. При этом реактивная ЭДС может быть в значительной степени уменьшена или даже полностью устранена созданием в зоне коммутации (по оси щеток) коммутирующего поля определенной полярности и величины. Создается такое поле добавочными полюсами или сдвигом щеток геометрической нейтрали.

Добавочные полюсы. Назначение добавочных полюсов - создать в зоне коммутации магнитное поле такой величины и направления, чтобы наводимая этим полем в коммутирующей секции ЭДС вращения е_вр компенсировала реактивную ЭДС е_р. В машине постоянного тока без принятия мер по улучшению коммутации ЭДС е_р и е_вр направлены в одну сторону, т. е. действуют согласно:

?e = .

Суммарная ЭДС в коммутирующей секции ?e окажется равной нулю, если посредством добавочных полюсов создать в зоне коммутации магнитное поле с магнитной индукцией В_к такой величины и направления, чтобы ЭДС вращения е_вр изменила свое направление на обратное [см. (8)], а значение ее было бы равно ЭДС реактивной е_р. В этом случае

?e = .



и коммутация становится прямолинейной (идеальной).

Добавочные полюсы располагают между главными. При этом щетки устанавливают на геометрической нейтрали.

Все машины постоянного тока мощностью свыше 1 кВт снабжаются добавочными полюсами, число которых принимают равным числу главных полюсов или же вдвое меньшим. Наличие добавочных полюсов позволяет увеличить линейную нагрузку машины и при заданной мощности получить машину меньшего веса и габаритов.

Число витков обмотки добавочных полюсов выбирают таким, чтобы МДС добавочных полюсов компенсировала МДС якоря по поперечной оси в зоне коммутации и имела некоторый избыток, необходимый для создания коммутирующего поля с индукцией В_к, направленного противоположно полю реакции якоря (рис. 7). Исходя из этого, МДС добавочного полюса для некомпенсированных машин постоянного тока принимают равной (А)

F_д = k_д F_a (19)

где k_д = F_д / F_а - коэффициент, учитывающий требуемое превышение МДС обмотки добавочного полюса F_д над МДС якоря F_а [см. (6)]. Для машин постоянного тока современных серий этот коэффициент принимают равным k_д = 1,20 ч 1,45.

Если машина снабжена компенсационной обмоткой, то МДС добавочных полюсов следует уменьшить на величину МДС компенсационной обмотки F_к.о. Обычно в компенсированных машинах постоянного тока МДС добавочных полюсов на 15--30 % больше МДС якоря.

Если МДС добавочных полюсов сделать больше требуемого значения [см. (19) ], то ЭДС вращения е_вр станет больше реактивной ЭДС. В этом случае суммарная ЭДС ?e изменит свой знак, а добавочный ток коммутации -- свое направление на противоположное по сравнению с тем, какое он имел при криволинейной замедленной коммутации (см. рис. 6, кривая 2).

Рис. 7. Результирующее магнитное поле в воздушном зазоре машины с добавочными полюсами в генераторном (Г) и двигательном (Д) режимах

График изменения результирующего тока коммутации i₂ в этом случае принимает вид, представленный на рис. 8, т. е. коммутация становится криволинейной ускоренной, так как ток в коммутирующей секции достигает нулевого значения за время Т < 0,5 Т_к (точка b). Для криволинейной ускоренной коммутации характерно повышение плотности тока под набегающим краем щетки (см. рис. 6, б). Объясняется это тем, что при этом виде коммутации площадь соприкосновения пластины 2 с щеткой нарастает медленнее, чем увеличивается ток

i₂ = i_a + i_д.

Наибольшее значение плотности тока

у^/₂ ? tg б^/₂



соответствует началу периода коммутации (t ? 0). При значительных нагрузках это может привести к искрению под набегающим краем щетки. Это объясняется тем, что при ускоренной коммутации выход сбегающей пластины из-под щетки происходит с разрывом цепи добавочного тока коммутации, который имеет направление, противоположное току замедленной коммутации.

Для обеспечения компенсации реактивной ЭДС при различных нагрузках машины обмотку добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря. В этом случае МДС добавочных полюсов F_д при различных нагрузках машины изменяется пропорционально току якоря I_а, т. е. пропорционально МДС якоря F_а.

Рис. 8. График тока криволинейной ускоренной коммутации

Полярность добавочного полюса в генераторе должна быть такой же, как и у следующего по направлению вращения главного полюса, а в двигателе -- как у предшествующего полюса (рис. 9).



Рис. 9. График изменения ЭДС в при работе машины в генераторном и коммутирующей секции в зависимости двигательном режимах от тока нагрузки

искрение ток генератор индуктивность

Добавочные полюсы обеспечивают удовлетворительную коммутацию в машине только в пределах номинальной нагрузки.

При перегрузке машины происходит насыщение магнитной цепи добавочных полюсов. В этом случае реактивная ЭДС е_р изменяется пропорционально току нагрузки, а рост ЭДС внешнего поля из-за насыщения магнитной цепи несколько задерживается (рис. 10). В результате в коммутирующей секции появляется суммарная ЭДС

?е = е_р - е_к,

т. е. коммутация становится замедленной. Насыщению сердечников добавочных полюсов способствует магнитный поток рассеяния Ф_ду, замыкающийся через сердечники смежных главных полюсов и станину. В целях уменьшения магнитного потока рассеяния, а следовательно, обеспечения более линейной зависимости потока добавочных полюсов от тока нагрузки воздушный зазор добавочного полюса д_д разделяют на два: один -- между сердечником полюса и якорем д_д1, -- а другой между сердечником полюса и станиной д_д2 (см. рис. 7). В этом случае зазор д_д2 ограничит значение потока Ф_ду. Зазор д_д2 создается пакетом немагнитных прокладок, закладываемых между сердечником полюса и станиной.

Получение коммутирующего поля смещением щеток. В машинах постоянного тока мощностью до 1 кВт, выполняемых без добавочных полюсов, коммутирующее поле в зоне коммутации создается смещением щеток с геометрической нейтрали. Если щетки установлены на геометрической нейтрали (рис. 10, а), то поперечное магнитное поле якоря с магнитной индукцией В_аq создает в зоне коммутации индукцию В_к (рис. 10, б). В результате в коммутирующих секциях наводится ЭДС вращения е_вр, направленная согласованно с реактивной ЭДС е_р и способствующая замедленной коммутации. При сдвиге щеток на

Рис. 10. Создание коммутирующего поля сдвигом щеток

физическую нейтраль mm' коммутирующее поле с индукцией В_к исчезает и ЭДС вращения е_вр = 0. При этом в коммутирующих секциях наводится лишь реактивная ЭДС е_р. Если же щетки сдвинуть на угол в, т. е. за физическую нейтраль mm' (линия cc'), то коммутирующее поле с индукцией В'_к изменит свое направление относительно направления при положении щеток на геометрической нейтрали. Это поле будет наводить в коммутирующих секциях ЭДС вращения, равную реактивной ЭДС и противоположную ей по направлению (е_вр - е_р = 0), т. е. реактивная ЭДС окажется скомпенсированной и коммутация станет прямолинейной (идеальной). Для получения необходимого эффекта щетки следует смещать в направлении вращения якоря у генераторов или против вращения якоря у двигателей.

Описанный способ улучшения коммутации имеет следующие недостатки:

а) коммутирующее поле изменяется не пропорционально нагрузке машины, что исключает полную компенсацию реактивной ЭДС во всем диапазоне нагрузок, так как для этого пришлось бы при каждом изменении нагрузки менять положение щеток (обычно щетки устанавливают в фиксированное положение, соответствующее полной компенсации реактивной ЭДС при номинальной нагрузке);

б) при смещении щеток с геометрической нейтрали усиливается размагничивающее действие реакции якоря (см. рис. 5);

в) для реверсируемых машин смещение щеток с геометрической нейтрали недопустимо, так как требуемое направление смещения физической нейтрали меняется с изменением направления вращения якоря.

Размещено на Allbest.ru

...