Тяговые электрические машины (стр. 3 )

Оценка степени искрения

Согласно ГОСТу искрение на коллекторе оценивается по шкале степени искрения (рис. 2.2).

1. Степень 1 – отсутствие искрения (темная коммутация).

2. Степень 1¼ – слабое точечное искрение под небольшой частью щетки, приблизительно у четверти числа всех щеток.

3. Степень 1½ – слабое искрение почти у половины числа всех щеток.

4. Степень 2 – искрение под большей частью щетки у большинства или у всех
щеток.

5. Степень 3 – значительное искрение у всех щеток, не допустимое при длительной работе.

Степени искрения 1, 1¼, 1½ соответствуют таким условиям работы, когда при длительной работе коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей эксплуатации. При степени 2 при длительной работе появляется нагар на щетках и почернение на коллекторе. Эта степень искрения допускается при кратковременных перегрузках.

Проверка дополнительных полюсов
по кривым подпитки

Существующие методы расчета дополнительных полюсов при-водят к некоторому расхождению с опытными данными. Спроектированный и изготовленный опытный образец машины требует экспериментальной проверки коммутации и настройки дополнительных полюсов с целью получения безыскровой коммутации в заданных пределах нагрузки.

Если бы дополнительные полюса при любой нагрузке в точности компенсировали в короткозамкнутой секции реактивную эдс, то токи подпитки обоих знаков были бы равны токам подпитки при холостом ходе. В таком идеальном случае границами безыскровой зоны оказались бы пунктирные прямые, параллельные оси абсцисс. В действительности же такой компенсации не происходит, так как реактивная и коммутирующая эдс изменяются во времени по кривой различной формы, причем с увеличением тока нагрузки это различие увеличивается. Таким образом, в коммутирующейся секции появляется эдс , ухудшающая процесс коммутации по мере увеличения тока нагрузки.

Примерные кривые подпитки изображены на рис. 2.3. Вследствие указанной выше причины кривые подпитки сходятся в некоторой точке С, которая может занимать различное положение.

Кривые на рис. 2.3,а показывают, что дополнительные полюсы рассчитаны правильно и не нуждаются в подпитке, поскольку ось абсцисс на этом графике находится на равном расстоянии от границ искрения.

Кривые (рис. 2.3,б) показывают, что н. с. обмотки дополнительных полюсов недостаточна, поэтому их приходится подпитывать для получения наивыгоднейших условий коммутации. Без подпитки искрение возникает уже при небольшой перегрузке, тогда как предел безыскровой коммутации должен быть примерно около 200 % номинальной нагрузки.

Кривые подпитки позволяют определить, на сколько нужно изменить число витков обмотки дополнительных полюсов, чтобы получить наилучшие условия коммутации.

Для кривых рис. 2.3,а не требуется изменения числа витков.

Для рис. 2.3,б

т. е. число витков требуется увеличить.

Для рис. 2.3, в

т. е. число витков требуется уменьшить.

Используемый двигатель имеет число витков обмотки дополнительных полюсов . В лабораторной работе нагрузку увеличивают до значения , т. е. точка С экспериментально не определяется. Поэтому для определения точки С необходимо использовать построение, приведенное на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Построение точки С

Потенциальное искрение

В определенных условиях возникают искровые разряды между коллекторными пластинками на свободной поверхности коллектора, не занятой щетками. Такое искрение называют потенциальным. Оно способно развиться в короткое замыкание между пластинами и в так называемый «круговой огонь». Потенциальное искрение возникает при чрезмерных напряжениях между соседними пластинами коллектора. При расчете число коллекторных пластин k выбирается таким, чтобы среднее напряжение между коллекторными пластинами не превышало 18…22 В. Предельное значение ограничивается возможностью возникновения дуги и требует выполнения условия

.

Примерная форма потенциальной кривой на коллекторе представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Потенциальная кривая

Исследуемый двигатель имеет: число коллекторных пластин
k = 93, ширина пластин , ширина изоляции между пластинами .

Используя зависимость рис. 2.5 , можно построить зависимость где – напряжение между соседними пластинами.

Контрольные вопросы

1. Перечислить причины, приводящие к искрению на коллекторе.

2. Перечислить меры по снижению искрения от механических причин.

3. Перечислить меры по снижению искрения от электромагнитных причин.

4. Укажите допустимые степени искрения на коллекторе.

5. Причины возникновения «кругового огня».

6. Как практически установить щетки на геометрическую нейтраль в МПТ, работающей в режиме двигателя?

7. Как практически установить щетки на геометрическую нейтраль в МПТ, работающей в режиме генератора?

8. Как по виду зон качественной коммутации сделать вывод о качестве отстройки добавочных полюсов?

9. Какими факторами определяется максимальная величина напряжения между соседними пластинами коллектора?

10. Какую опасность в коммутационном отношении вносит глубокое ослабление магнитного поля возбуждения?

Лабораторная работа № 3

исследование генератора

постоянного тока

Генераторы постоянного тока (ГПТ) используются в транспортных электроприводах в качестве тяговых генераторов и вспомогательных, обеспечивающих питание цепей управления.

Тяговые ГПТ устанавливаются на тепловозах, которые имеют электротрансмиссию, состоящую из ГПТ, приводимого во вращение дизелем, и тяговых двигателей, получающих питания от ГПТ. При заданной подаче топлива в цилиндры дизеля он развивает практически постоянный вращающий момент. Следовательно, мощность дизеля при данной скорости вращения является постоянной величиной. Для согласованной устойчивой работы дизель-генераторного агрегата необходимо, чтобы мощность ГПТ также была постоянной. Последнее реализуется при внешней характеристике ГПТ гиперболического вида.

Гиперболические внешние характеристики ГПТ формируются с помощью специальных возбудителей. Однако на небольших дизель-электрических экипажах применяется смешанная встречная система возбуждения ГПТ, позволяющая на некотором рабочем диапазоне изменения тока обеспечить закон изменения напряжения, близкий к гиперболическому.

Вспомогательный генератор питания цепей управления должен обеспечивать постоянство напряжения на зажимах при изменении нагрузки вплоть до номинальной. Это достигается установкой автоматического регулятора возбуждения или путем применения генератора смешанного возбуждения с согласным включением обмоток. Второе техническое решение позволяет при определенном выборе соотношения намагничивающих сил последовательной и шунтовой обмоток возбуждения не только скомпенсировать размагничивающую составляющую реакции якоря, но и скомпенсировать падение напряжения в проводах. Таким образом, при любых нагрузках напряжение потребителей автоматически будет поддерживаться примерно постоянным. Существенно, что указанное решение не требует установки вспомогательных регуляторов.

Цель работы

Изучить свойства генератора смешанного возбуждения при согласном и встречном включениях обмоток возбуждения, исследовать влияние на рабочие свойства различных схем генератора смешанного возбуждения применительно к электроприводам электрического транспорта.

программа работы

экспериментальная часть

Ознакомиться с паспортными данными генератора и занести их в протокол.

1. Снять внешние характеристики ГПТ при встречном включении обмоток возбуждения для двух схем смешанного возбуждения.

2. Снять внешние характеристики ГПТ при согласном включении обмоток возбуждения для двух схем смешанного возбуждения и различных уровнях напряжения.

обработка опытных даных

1. Построить внешние характеристики ГПТ при встречном включении обмоток возбуждения для двух схем смешанного возбуждения.

2. Определить для каждой внешней характеристики при встречном включении обмоток возбуждения рабочие участки изменения тока нагрузки, обеспечивающие закон изменения напряжения, близкий к гиперболическому.

3. Объяснить характер внешней характеристики ГПТ для наибольшего рабочего участка изменения тока нагрузки.

4. Построить внешние характеристики ГПТ при согласном включении обмоток возбуждения для двух схем смешанного возбуждения при различных уровнях напряжения.

5. Оценить стабилизацию напряжения ГПТ смешанного возбуждения для двух схем включения при различных уровнях напряжения.

6. Дать объяснение стабилизационных свойств для внешней характеристики, обеспечивающей наименьшее процентное отклонение напряжения.

Экспериментальная часть

Объектом исследования является генератор постоянного тока смешанного возбуждения, который приводится во вращение приводным двигателем ПД (асинхронным или синхронным), имеющим жесткую механическую характеристику. Это позволяет считать, что частота вращения генератора в процессе проведения опытов остается постоянной.

1. Формирование внешней характеристики, приближенной к гиперболической зависимости на рабочем участке изменения тока.

Произвести сборку схемы согласно рис. 3.1.

Убедиться, что обмотки возбуждения включены встречно (при увеличении тока , фиксируемого амперметром , напряже-ние , фиксируемое вольтметром , уменьшается).

Рис. 3.1. Принципиальная схема

Снять несколько точек внешней характеристики при увеличении тока от нуля до для и .

Результаты экспериментов (5 точек) записываются в табл. 3.1.

Т а б л и ц а 3.1

		А
	В
		А
	В

1.2. Произвести сборку схемы согласно рис. 3.2.

Убедиться, что обмотки возбуждения включены встречно. Снять 5 точек внешней характеристики при увеличении тока от нуля до для и . Установка производится таким образом, чтобы при значение напряжения было равно показанию вольтметра согласно табл. 3.1.

Рис. 3.2. Принципиальная схема

Результаты измерений занести в табл. 3.2.

Т а б л и ц а 3.2

		А
	В
		А
	В

2. Формирование внешней характеристики, обеспечивающей стабилизацию напряжения.

2.1. Собрать схему рис. 3.1. Убедиться, что обмотки возбуждения включены согласно. При и зафиксировать значение .

Снять 5 точек внешней характеристики при увеличении тока от нуля до для и при ; ; ; ; . Здесь соответствует при . Результаты измерений занести в табл. 3.3.

Т а б л и ц а 3.3

		А	0
	В
		А	0
		В
		А	0
		В
		А	0
		В
		А	0
		В
		А	0
		В

2.2. Собрать схему рис. 3.2 и, руководствуясь указаниями п.2.1, снять измерения по шести внешним характеристикам. Результаты занести в табл. 3.4, полностью аналогичную табл. 3.3.