pdf.php@id=6159.pdf

бегающем краю щетки уже в начале коммутации, когда этот край щетки подобно рубильнику замыкает цепь короткозамкну­ той секции, становятся большими. При этом существует некото­ рая тенденция к искрению под набегающим краем щетки.

Однако сильного искрения обычно не наблюдается. В конце же процесса ускоренной коммутации, как видно из рис. 6-7, б, ток г'х, а также плотность тока /Щ1 на сбегающем краю щетки могут быть малы или даже практически равны нулю. Поэтому размыкание цепи короткозамкнутой секции сбегающим краем щетки при такой

ускоренной коммутации происходит в весьма благоприят­ ных условиях подобно размыканию рубильником цепи с малым током.

Подобная коммутация, когда ток на сбегающем краю щетки в конце коммутации мал, называется некоторыми авторами также коммутацией с малой ступенью тока. Получению такой коммутации способствуют щетки с круто поднимающейся вольт-амперной ха­ рактеристикой (кривая 1 на рис. 6-1), когда переходное сопротивле­ ние щетки при малых плотностях тока велико.

Таким образом, замедленная коммутация является неблаго­ приятной и нежелательной. Наоборот, слегка ускоренная комму­ тация благоприятна, и на практике стремятся достичь именно такой коммутации.

Хотя выше рассматривался случай коммутации для простой петлевой обмотки и Ьщ = Ь&, однако и в общем случае ком­ мутация имеет характер и особенности, подобные изложенным выше.

§ 6-4. Электродвижущие силы в коммутируемой секции

Электродвижущие силы, индуктируемые в коммутируемой сек­

деленной индуктивностью Ьс, вследствие чего в ней при коммутации индуктируется э. д. с.

в1~ м ■

В соответствии с выбранным в § 6-3 правилом знаков ток изме­ няется от значения ( = 1апри I = 0 д о » = —1апри I = Тк. Поэтому

^ < О и вь > 0. Следовательно, согласно § 6-3, э. д. с. ^ стремится

замедлить коммутацию, что вполне естественно, так как в резуль­ тате самоиндукции изменение тока в цепи всегда замедляется.

Среднее значение производной тока

с рассматриваемой секцией в машине коммутируется ряд других секций. Обычно ЬЩ> Ь Ки щетки замыкают накоротко несколько соседних секций. Если эти секции находятся в одном и том же пазу (число элементарных пазов иа> 1), то между ними существует сильная взаимоиндуктивная связь. Кроме того, секции, коммути­ руемые различными щетками и находящиеся под соседними полю­ сами, также имеют сильную взаимоиндуктивную связь, если сто­ роны этих секций расположены в общих пазах (см., например, рис. 3-33). Вследствие сказанного в рассматриваемой коммутируе­ мой секции индуктируется э. д. с. взаимной индукции

где Мя — взаимная индуктивность между рассматриваемой сек­ цией и одновременно с нею коммутируемой секцией с порядковым номером п, а 1п — ток этой п-й секции.

Э. д. с. ем имеет такой же знак, как и э. д. с. ей и поэтому она тоже стремится замедлить коммутацию. Средние значения —

также определяются равенством (6-17). Поэтому среднее значение э. д. с. взаимной индукции

так как они имеют общую природу и, кроме того, это удобно для расчета.

где Вад — индукция поля поперечной реакции якоря; шс — число витков в секции; у0 — окружная скорость якоря.

Все рассмотренные э. д. с.: еи ем и еад или ег и еад — обуслов­ лены током якоря, замедляют коммутацию и являются поэтому вредными. Как можно установить из приведенных выше формул, эти э. д. с. пропорциональны току нагрузки и скорости вращения якоря.

Э. д. с. от внешнего поля и коммутирующая э. д. с. В общем случае в зоне коммутируемых секций может существовать магнит­ ное поле, внешнее по отношению к якорю, т. е. создаваемое индук­ тором. При вращении сторон коммутируемой секции в этом поле в ней индуктируется э. д. с., которая может иметь тот или иной знак в зависимости от направления внешнего поля.

Естественно возникает стремление добиться с помощью внешнего поля компенсации э. д. с. ег и еад в секции, так как уже в машинах мощностью порядка 0,5 кет эти э. д. с. сильно затрудняют комму­ тацию. На практике это обычно осуществляется с помощью доба­ вочных полюсов (см. § 6-6), которые создают внешнее поле необхо­ димой интенсивности и направления.

Поле реакции якоря и внешнее поле индуктора, действуя сов­ местно, образуют в зоне коммутируемых секций результирующее, так называемое к о м м у т и р у ю щ е е п о л е . Индуктируемая этим

Таким образом, в конечном счете в теории коммутации рассмат­ риваются две э. д. с. — реактивная э. д. с. секции ег и коммутирую­ щая э. д. с. ек. Для достижения наилучших условий коммутации необходимо, чтобы эти э. д. с. имели различные направления и были равны по величине (прямолинейная коммутация) или чтобы ек была несколько больше ег (слегка ускоренная коммутация). Для этого коммутирующее поле должно иметь направление, противоположное направлению поля реакции якоря.

Трансформаторная э. д. с. Коммутируемая секция пронизыва­ ется потоком главным полюсов Фа и сцепляется с ним (см., напри­ мер, рис. 3-17 и др., рис. 6-8). Если стороны секции расположены

во времени, то в коммутируемой секции индуктируется э. д. с. трансформации (пульсации)

В машинах постоянного тока эта э. д. с. возникает только в осо­ бых условиях, например в некоторых неустановившихся режимах.

§ 6-5. Определение реактивной э. д. с.

Величина э. д. с. самоиндукции. При проектировании машин для принятия мер, обеспечивающих нормальные условия коммута­ ции, возникает необходимость определения величины реактивной э. д. с.

Произведем сначала расчет э. д. с. самоиндукции. Эта э. д. с. индуктируется потоками рассеяния пазов Фп, коронок зубцов Фк и лобовых частей Фд (рис. 6-9).

Потоки Фп, Фк и Фл проходят через воздушные промежутки, поэтому они мало зависят от насыщения зубцовой зоны и пропор­ циональны и>1. В свою очередь каждый из этих потоков создает потокосцепление, пропорциональное данному потоку и ы>. Таким образом, полное потокосцепление самоиндукции секции Ч''*. пропор­ ционально И>сI-

Коэффициент пропорциональности Аи представляет собой маг­ нитную проводимость потоков рассеяния секции и численно равен потокосцеплению одновитковой секции (гю = 1) таких же размеров,

Рис. 6-9. Магнитные потоки рассеяния секции

как и реальная, при токе 1 = 1 а. Основная доля обусловлена участками сторон секции, лежащими в пазах якоря. Поэтому про­ водимость Ац можно отнести к удвоенной длине якоря:

где Аь — проводимость секции на единицу длины якоря. На основе сказанного индуктивность секции

Ь с ^ ь П

можно представить в виде соотношения

На практике стремятся к коммутации, близкой к прямолинейной. Поэтому рассчитывают среднюю э. д. с. е/.ср, соответствующую пря­ молинейной коммутации.

Машины постоянного тока [Р а зд . 1

Согласно выражениям (6-18), (6-24) и (6-6),

елср= 2шУаЛл

Подставим сюда

а. д. с. Для выяснения особенностей коммутации с учетом взаимной

как показано на рис. 6-11, а. Прямоугольники на рис. 6-11, б изо­ бражают э. д. с. самоиндукции еь в этих секциях, причем высота прямоугольника соответствует величине э. д. с., а ширина, равная периоду коммутации, фиксирует время начала и конца действия этой э. д. с. Эти прямоугольники, естественно, также сдвинуты отно­ сительно друг друга на время

При равенстве собственных и взаимных индуктивностей еь = ем. Тогда каждый из прямоугольников на рис. 6-11,6 представляет собой также э. д. с. взаимной индукции ем, которая индуктируется каж­ дой из рассматриваемых секций во время ее коммутации в остальных одновременно коммутируемых секциях.

Чтобы определить реактивную э. д. с. еп в секции 1, необходимо сложить прямоугольник / и те участки прямоугольников 2, 3, 4,

которые лежат под прямоугольником 1, так как секции 2, 3, 4 ока­ зывают влияние на секцию 1, естественно, только во время ее ком­ мутации, Таким образом, получим кривую еп на рис. 6-11, в, которая представляет собой изменение во времени реактивной э. д. с. первой

личивается также период коммутации.

Построение кривых ег трудоемко, и поэтому при проектировании машин к нему прибегают лишь в наиболее ответственных случаях. Обычно же ограничиваются вычислением средней для всех секций паза величины ег, соответствующей замене ступенчатой кривой

При укороченном или удлиненном шаге обмотки нижние сек­ ции будут коммутироваться в зависимости от направления враще­ ния якоря раньше или позже верхних. Если шаг укорочен или удлинен на е секционных сторон (см. § 3-2), то время коммутации секционных сторон одного паза увеличивается на &1К. Поэтому в общем случае

7п = Т’к+ (ып — 1 + е) ^к-

Подставив сюда значения Тк и 4 из (6-6) и (6-26), получим

З о н о й к о м м у т а ц и и называется дуга окружности якоря, в пределах которой перемещаются секционные стороны паза во время коммутации.

Ширину этой зоны Ьз к получим, если умножим Та на окружную скорость якоря

Vа = п ^ ап.

и учесть равенство (6-3), то формула (6-30) приобретет несколько иной вид:

(6-31)

В выражения (6-30) и (6-31) нужно подставлять всегда абсолют­ ное значение е.

Величина Ь3к должна быть не больше 50—65% расстояния между наконечниками соседних главных полюсов. В противном случае коммутируемые секции попадают в зону сильного поля главных полюсов и условия коммутации резко ухудшаются. В связи с этим из выражений (6-30) и (6-31) можно заключить, что большое укорочение шага обмотки нежелательно.

§ 6-6. Способы улучшения коммутации

Для создания хороших условий коммутации необходимо прежде всего обеспечить надлежащее состояние коллектора и щеточного аппарата, чтобы устранить механические причины искрения (см. § 6-2). Ниже рассматриваются способы обеспечения необходимых электромагнитных условий коммутации. Эти способы направлены на уменьшение добавочного тока коммутации или тока короткого

якоря Рад, чтобы скомпенсировать ее и создать сверх того комму­ тирующее поле Вкдля компенсации реактивной э. д. с. ег. Следова­

величина РА„ меньше, так как основная доля реакции якоря ком­ пенсируется компенсационной обмоткой.

Учитывая сказанное, на основании рис. 6-12 можно сформули­ ровать правило.

За главным полюсом данной полярности по направлению вращения якоря в режиме генератора должен следовать добавоч­ ный полюс противоположной полярности, а в режиме двигателя — добавочный полюс той же полярности.

Так как величины Рач и е, пропорциональны току якоря, то для их компенсации Рд п и Вк также должны быть пропорциональны току якоря. Для удовлетворения этого условия обмотку добавоч­ ных полюсов соединяют последовательно с якорем, а добавочные