При нагрузке вследствие искажения магнитного поля в воздушном зазоре из-за поперечной реакции якоря индукция Bδ max увеличивается. Вследствие этого увеличивается и напряжение Uк mах между коллекторными пластинами, к которым подсоединяются секции, расположенные в зоне максимальной индукции. Повышение напряжения Uк mах может привести к искрению щеток. При чрезмерно большом напряжении Uк mах и искрении щеток в машинах большой и средней мощностей единичные вспышки, растягиваясь и перекрывая соседние коллекторные пластины, могут вызвать круговой огонь.
Круговой огонь представляет собой мощную электрическую дугу на поверхности коллектора между щетками разной полярности. Он приводит к короткому замыканию машины (для режима генератора) или сети (для режима двигателя) и резкому увеличению тока I, а следовательно, к повреждению коллектора и выходу машины из строя. Для нормальной работы машин большой мощности Uк mах не должно превышать 25...28 В, средней мощности — 30...35 В, малой мощности — 40...50 В.
19.5. Компенсационная обмотка
Компенсационная обмотка в машинах постоянного тока предназначается для компенсации поперечной реакции якоря. При компенсации реакции якоря распределение магнитной индукции в воздушном зазоре под полюсным наконечником машины сохраняет при нагрузке тот же вид, что и при холостом ходе. Вследствие этого напряжение между соседними коллекторными пластинами при нагрузке не будет увеличиваться, что сделает работу машины более надежной, так как при этом уменьшается опасность возникновения кругового огня. Кроме того, при наличии компенсационной обмотки не будет проявляться размагничивающее действие поперечной реакции якоря.
Наличие компенсационной обмотки обеспечивает возможность применения минимально возможного воздушного зазора между полюсами и якорем, что обусловливает уменьшение необходимой МДС обмотки возбуждения и ее размеров, а также размеров полюсов, габаритных размеров и массы машины в целом. Так, в серии машин постоянного тока общего назначения 4П компенсационная обмотка применяется, начиная с машин малой мощности.
Рис. 19.8. Лист полюса с пазами, в которых размещается компенсационная обмотка
Рис. 19.9. Схема установки катушек компенсационной обмотки в пазах полюсных наконечников
Компенсационная обмотка располагается на основных полюсах машины. Для более полной компенсации МДС этих обмоток должны быть направлены навстречу друг другу и иметь одинаковое пространственное распределение под полюсным наконечником. Поэтому компенсационная обмотка, как и обмотка якоря, выполняется распределенной и укладывается в пазы, проштампованные в полюсных наконечниках (рис. 19.8), или в пазы 1 штампованного индуктора (см. рис. 18.9). Катушки компенсационной обмотки укладываются в пазы полюсных наконечников так, как показано на рис. 19.9, и обтекаются током Iк. Для автоматической компенсации реакции якоря при любых токах Iа компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря, чтобы Iк = с Iа, где с — константа.
Контрольные вопросы
1. От чего зависит ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря машины постоянного тока?
2. От чего зависит электромагнитный момент, развиваемый машиной постоянного тока?
3. Что называется реакцией якоря?
4. Когда возникает поперечная реакция якоря?
5. Как распределяются МДС и индукция в воздушном зазоре поперечного поля якоря?
6. Как влияет поперечная реакция якоря на магнитное поле машины и на напряжение между соседними коллекторными пластинами?
7. В каком случае реакция якоря может иметь продольную составляющую и каково ее влияние на магнитное поле машины?
8. Каково назначение компенсационной обмотки и как она выполняется?
ГЛАВА 20
КОММУТАЦИЯ В МАШИНАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
20.1. Физические основы коммутации
При вращении якоря коллекторные пластины поочередно входят в соприкосновение со щеткой. При этом секции, присоединенные к этим пластинам, замыкаются щеткой накоротко, а при дальнейшем перемещении якоря переходят в другую параллельную ветвь обмотки (рис. 20.1). При переходе секции из одной параллельной ветви в другую ток в ней меняет направление на противоположное. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую называется коммутацией. Секция, накоротко замкнутая щеткой, называется коммутируемой секцией, а время, в течение которого происходит это замыкание, — периодом коммутации.
Период коммутации Tк зависит от ширины щетки bщ и окружной скорости коллектора υк = πDкn/60 = Kbкn / 60, где Dк — диаметр коллектора; п — частота вращения якоря; К, bк — соответственно число коллекторных пластин и их ширина. Для простой петлевой обмотки, показанной на рис. 20.2, справедлива формула
Tк = bщ / υк = 60 βщ /(Kn) (20.1)
где βщ — коэффициент щеточного перекрытия (обычно βщ = bщ / bк = 1,5…3,0); K, bк — соответственно число коллекторных пластин и их ширина; п — частота вращения якоря.
Рис. 20.1. Схема переключения коммутируемой секции из одной параллельной ветви в другую
Рис. 20.2. Коммутируемая секция простой петлевой обмотки
Процесс коммутации протекает весьма быстро, т. е. в течение долей секунды. Так, для машины с K= 100, βщ = 2 и п = 1500 об/мин период коммутации
Тк = 60 *2/(100*1500) =0,0008 с.
При работе машины может наблюдаться искрение в щеточном контакте (между щеткой и коллектором).
Таблица 20.1
Оценка степени искрения щеток машин постоянного тока
Степень искрения (класс коммутации) | Характеристика степени искрения | Состояние коллектора и щеток |
1 | Отсутствие искрения (темная коммутация) | Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках |
1¼ | Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки | То же |
1½ | Слабое искрение под большей частью щетки | Появление на коллекторе следов почернения, легко устраняемых протиранием его поверхности бензином, а также следов нагара на щетках |
2 | Искрение под всем краем щетки, допустимое только при кратковременных толчках (резких увеличениях) нагрузки и перегрузке | Появление на коллекторе следов почернения, не устраняемых протиранием его поверхности бензином, а также следов нагара на щетках |
3 | Значительное искрение под всем краем щетки, наличие крупных вылетающих искр. Допустимо только в момент прямого включения или реверсирования двигателя, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы | Значительное почернение коллектора, не устраняемое протиранием его поверхности бензином, а также подгар и разрушение щеток |
При этом сильное искрение вызывает повреждение поверхности коллектора и щеток и делает работу машины невозможной. Степень искрения под сбегающим краем щетки (из-под которого выходят пластины коллектора при его вращении) оценивается в соответствии с данными, приведенными в табл. 20.1 (ГОСТ 183—74**). Степени искрения 1, 1¼ и 1½ допустимы при длительной работе машины, а степени 2 и 3 — только при кратковременной. Из таблицы видно, что оценка степени искрения производится визуально (субъективно), хотя в настоящее время разработаны и объективные способы.
20.2. Анализ причин искрения
Искрение щеток на коллекторе может происходить по нескольким причинам, которые условно можно разделить на механические, потенциальные и электромагнитные.
Механические причины искрения связаны с некачественным изготовлением коллектора и щеточного аппарата. Неровная поверхность коллектора, отдельные выступающие коллекторные пластины, биение коллектора из-за его эксцентриситета или овальности, заедание и вибрация щеток в щеткодержателях и ряд других причин приводят к механическому нарушению контакта между щеткой и коллектором и появлению искрения.
Потенциальной причиной искрения является повышение напряжения между соседними коллекторными пластинами Uк mах. При неблагоприятных условиях это может привести к аварийному явлению — круговому огню на коллекторе (см. подразд. 19.4).
Электромагнитная причина искрения является основной, и связана она с протеканием электромагнитных процессов в коммутируемых секциях.
При коммутации в секции, замкнутой щеткой, происходит изменение направления тока на противоположное. Так как секция обладает индуктивностью Ls, то в ней будет наводиться ЭДС самоиндукции еs. В общем случае, когда ширина щетки больше ширины одной коллекторной пластины (βщ> 1), одновременно коммутируются и рядом лежащие секции, которые могут иметь электромагнитную связь с рассматриваемой секцией. Следовательно, помимо ЭДС самоиндукции в каждой коммутируемой секции наводятся ЭДС взаимной индукции от соседних коммутируемых секций ∑еМ. ЭДС коммутируемой секции, равная сумме ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимной индукции, называется реактивной ЭДС ер:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
