Учебное пособие: Синхронные машины. Машины постоянного тока
Другой критерий основан на определении величины
электромагнитной энергии или мощности, выделяющейся под краем щетки при
искрении в процессе коммутации. Электромагнитная энергия, выделяющаяся в
возникающей дуге при разрыве остаточного тока iост = 2iпΔ
= 2uпIaΔ,
 , (2.46)
где
 –
степень некомпенсации реактивной э.д.с.
Соответствующая мощность, выделяющаяся под краем щетки при
искрении и постоянно действующем расстройстве коммутации,
Pa =
mWv, (2.62)
где m – число разрывов остаточного тока в секунду.
Так как искрение возникает при коммутации тока в каждой
последней секции паза, то каждый разрыв остаточного тока соответствует
перемещению коллектора на uп коллекторных делений.
Следовательно,
  .
При этом мощность
 . (2.62а)
Величина представляет
собой реактивную э.д.с. ер, вычисленную в предположении, что
щетка перекрывает одну коллекторную пластину, (по формуле 2.32а), поэтому
 , (2.62б)
где iп = uпia – полный ток во всех
секциях, лежащих в каждом слое паза.
Таким образом, при заданных технологии и условиях
эксплуатации мощность, выделяющаяся под щеткой при искрении, зависит от полного
тока паза 2iп и величины реактивной э. д. с, вычисленной в
предположении, что bщ=tк.
Для более полной оценки напряженности коммутации по
величине мощности, выделяющейся под щеткой при искрении, необходимо учитывать
коммутационные свойства самих щеток. При расстройстве коммутации и применении
электрографитированных, графитовых и угольно-графитных щеток искрение возникает
равномерно по всей длине коллекторных пластин (при искрении коллекторные
пластины обычно имеют по всей длине равномерный подгар с одного края), в
результате чего происходит равномерная эрозия щеток и коллекторных пластин.
Износ щетки будет зависеть от удельной мощности, выделяющейся на единице длины
края щетки:
 . (2.63)
При этом kщ = iпeр.п/lщ является мерой оценки коммутационной
напряженности машины. Обычно коммутация машины не вызывает затруднений, если kщ < 500 Вт/см. В
общем случае величина kщ должна уточняться для каждого типа
машины, исходя из особенностей ее технологии изготовления и условий
эксплуатации. При этом должно учитываться демпфирующее действие вихревых токов
в проводниках якоря, особенно заметное в машинах большой мощности.
Проведенные исследования показали, что если удельная
мощность ри.уд, выделяющаяся под краем щетки, менее 1 Вт/см,
то современные электрографитированные щетки уменьшают остаточный ток настолько,
что искрения совершенно не наблюдается, т.е. для безыскровой коммутации
необходимо, чтобы
 Вт/см. (2.64)
Из (2.64) можно определить ориентировочную величину
допустимой степени некомпенсации 
Или
 . (2.65)
Режимы, при которых Δпр% ≤ 1 ÷
2%, неизбежно сопровождаются искрением под щетками. Интенсивность износа
коллекторных пластин должна оцениваться величиной kк = (km/z) 2 р, так как искрение, повреждающее данную пластину, возникает
при выходе пластины из-под каждого щеткодержателя, число которых обычно равно
числу полюсов 2 р, а число искрящих пластин равно числу пазов z.
Рекомендуется, чтобы предельно допустимая величина kк не превосходила 20 – 30 Вт/см (при этом не будет
чрезмерного износа коллектора).
Экспериментальная проверка коммутации и настройка
добавочных полюсов. Обычно машины
постоянного тока при выпуске с завода проходят контрольные испытания, в которые
входит и проверка качества коммутации (обычно визуальная). Головные образцы
машин проходят более основательную проверку коммутации, в процессе которой
путем изменения величины воздушных зазоров в магнитной цепи добавочных полюсов
устанавливают оптимальную величину коммутирующей э.д.с.
Основным методом проверки и наладки коммутации является
экспериментальное определение зоны безыскровой работы (путем подпитки обмотки добавочных полюсов). Для этой цели
в обмотку добавочных полюсов от специального генератора (рис. 2.44) подают
дополнительный ток ΔI (ток подпитки), вследствие чего изменяется ее
м.д.с. Fдo6. При этом изменяются индукция Вк в
зоне коммутации и величина коммутирующей э.д.с. ек.ср. При
проведении опыта, постепенно увеличивая м. д. с. добавочных полюсов, добиваются
появления искрения под щетками и фиксируют ток подпитки +ΔI Затем
изменяют направление тока подпитки и повторяют опыт, добиваясь снова появления
искрения под щетками при токе – ΔI. Этот опыт проводят при
постоянной частоте вращения n и различных значениях тока якоря. По
полученным данным строят зону безыскровой работы машины (см. заштрихованную
зону на рис. 2.45). Обычно при построении зоны безыскровой работы величину
тока подпитки выражают в процентах от номинального тока якоря. Ширина зоны
безыскровой работы характеризует устойчивость коммутации машины при случайных
отклонениях условий коммутации от оптимальных, что всегда имеет место в
эксплуатации. При номинальном режиме предельная допустимая неточность
компенсации реактивной э.д.с. примерно равна половине ширины зоны безыскровой
работы: Δпред% ≈ 0,5bв.ном%.
Рис. 2.44 – Схема
экспериментальной установки для определения зоны безыскровой работы:
Я1 – якорь исследуемой
машины: ОВ1 – ее обмотка возбуждения;
ДП – ее обмотка добавочных
полюсов; Я2 – якорь вспомогательного генератора;
ОВ2 – его обмотка возбуждения
Рис. 2.45. Зоны
безыскровой работы машины постоянного тока
Обычно добавочные полюсы настраивают так, чтобы середина
зоны безыскровой работы соответствовала току подпитки, равному нулю. Этому
режиму отвечает слегка ускоренная коммутация. Исключение составляют машины,
работающие в широком диапазоне изменения частоты вращения. В этом случае также
нужно настраивать добавочные полюсы по средней линии зоны безыскровой работы,
но зону снимать при частоте вращения машины, близкой к максимальной (рис. 2.45,
а). При такой настройке добавочных полюсов в области малых частот
вращения машина будет недокоммутирована, т.е. поле в зоне коммутации будет
слишком слабым (средняя линия ab зоны
безыскровой работы на рис. 2.45, б лежит в области положительных
значений тока подпитки ΔI).
Это объясняется тем, что при снижении частоты вращения
уменьшается абсолютное значение реактивной э.д.с. и увеличивается роль падения
напряжения в переходном контакте между щеткой и коллектором, которое не зависит
от частоты вращения. В результате резко расширяется область допустимой
перекоммутации, т.е. можно было бы увеличить м. д. с. добавочных полюсов.
Несоответствие м. д. с. добавочных полюсов оптимальному расположению зон
безыскровой работы при малых частотах вращения не имеет практического значения,
так как в рассматриваемых режимах машина менее нагружена в коммутационном
отношении и имеет более устойчивую коммутацию, чем при большой частоте вращения[4].
Свойства генераторов постоянного тока определяются в
основном способом питания обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают
генераторы:
1) с независимым возбуждением–обмотка возбуждения получает
питание от постороннего источника постоянного тока;
2) с параллельным возбуждением–обмотка возбуждения
подключена к обмотке якоря параллельно нагрузке;
3) с последовательным возбуждением–обмотка возбуждения
включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой;
4) со смешанным возбуждением–имеются две обмотки
возбуждения: одна подключена параллельно нагрузке, а другая – последовательно с
нею.
Рассматриваемые генераторы имеют одинаковое устройство и
отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки независимого и
параллельного возбуждения, имеющие большое число витков, изготовляют из провода
малого сечения, а обмотку последовательного возбуждения, имеющую небольшое
число витков, – из провода большого сечения. Генераторы малой мощности
иногда выполняют с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к
свойствам генераторов с независимым возбуждением.
Генератор с независимым возбуждением. В этом генераторе (рис. 2.46)
ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iа, который равен току
нагрузки Iн. Величина тока Iв определяется
только положением регулировочного реостата rр.в, включенного
в цепь обмотки возбуждения:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 |
