pdf.php@id=6159.pdf

полюсы выполняют с ненасыщенной магнитной системой. Поэтому при номинальной нагрузке в них допускается индукция не больше 0,8—1,0 тл. Так как на отдельных участках ярма индуктора магнит­ ные поля главных и добавочных полюсов складываются, то во избе­ жание насыщения этих участков индукция главного поля в ярме должна быть не больше 1,3 тл. Сердечники добавочных полюсов из­ готовляются массивными из стальной поковки или из листовой стали.

При таком устройстве добавочных полюсов индуктируемая ими коммутирующая э. д. с.

вк~ В ^ а~ 1а1>а.

С другой стороны, реактивная э. д. с. также пропорциональна

1аРа-

ег ~ 1ауа.

Поэтому соблюдение условия ек = ег при изменении нагрузки и скорости вращения достигается автоматически.

При относительно малом полезном магнитном потоке добавоч­ ных полюсов их н. с. РЛ„ приходится брать большой, так как зна­ чительная часть Ряа (75—85%) расходуется на компенсацию Рач- По этой причине коэффициент рассеяния добавочных полюсов

располагается далеко от якоря (рис. 6-13, а), то возникает большой поток рассеяния. Для уменьшения рассеяния обмотку добавочных полюсов -размещают ближе к якорю (рис. 6-13, б), а в крупных машинах, кроме того, подразделяют воздушный зазор на две части путем создания второго немагнитного зазора между ярмом и сер­ дечником добавочного полюса (рис. 6-13, б) с помощью немагнит­ ных прокладок н. п ., например, из меди или дюралюминия.

Добавочные полюсы применяются в машинах с Рн > 0,3 кет. Обычно число добавочных полюсов берется равным числу главных, однако в машинах мощностью до 2—2,5 кет иногда делают поло­ винное число добавочных полюсов. Применение добавочных полю­ сов позволяет увеличить линейную нагрузку машины и тем самым уменьшить ее размеры и стоимость.

Коммутация создает электромагнитные колебания частотой 1000—3000 гц, которые распространяются по электрической сети, присоединенной к машине. Эти колебания вызывают радиопомехи, затрудняющие работу радиоприемной и другой радиотехнической аппаратуры. Для борьбы с этими помехами производят симметри­ рование цепи .якоря машины, т. е. обмотки, включенные после­ довательно с якорем, в том числе и обмотку добавочных полюсов, разбивают на две части, которые присоединяют к щеткам про­

тивоположной полярности (рис. 6-14).

=0,15 + 0,40 тл.

Для обеспечения несколько ускоренной коммутации необходима

определенная дополнительная составляющая В *, так что

такте Д{/щ н у набегающего края щетки больше, чем соответствую­ щие величины /д, е и Д(УЩс у сбегающего края щетки. Для осу­ ществления ускоренной коммутации берут при графитных щет­ ках Д{/щ „ — А1!щс = 1,0 + 1,5 в и при медных щетках Д{/щ „ —

— ДС/щ с = 0,35 -г- 0,65 в. Соответственно на такую же величину не­ обходимо увеличить коммутирующую э. д. с. в контуре, замыкае­ мом накоротко краями щетки.

В общем случае щетка перекрывает Р* пластин и при простой петлевой обмотке замыкает столько же секций. Однако в общем случае т-ходовой сложной петлевой обмотки число последова-

тельно соединенных секций одного хода обмотки, накоротко замы­ каемых щеткой, равно

Рк//« = РкР/а.

Следовательно, необходимо создать добавочную составляющую коммутирующей э. д. с. с одной секции

ек д(АЕ/щ.н—АЕ/щ.с)

для чего, согласно выражению (6-22), нужна добавочная составляю­ щая индукции коммутирующего поля

При этом имеется в виду, что длина добавочного полюса равна длине якоря. Эта же формула справедлива и для волновой обмотки.

Если пренебречь насыщением магнитной цепи добавочных полю­ сов, то для создания Вк потребуется н. с. на один добавочный полюс, равная

№35)

где 8д — зазор под добавочным полюсом и к&ж— коэффициент воз­ душного зазора добавочного полюса.

Для компенсации реакции якоря в зоне добавочного полюса требуется н. с.

Необходимая полная н. с. добавочного полюса

Л .п = ^ к + -Ра?к.

согласно соотношениям (6-32) — (6-36), будет равна

винном числе добавочных полюсов значение Рлп, вычисленное по формуле (6-37), надо удвоить. Множитель 1,1 в формуле (6-37) учитывает н. с., приводящуюся на ферромагнитные участки магнит­ ной цепи.

Необходимое число витков добавочного полюса

Добавочный полюс должен создавать коммутирующее поле на протяжении всей ширины зоны коммутации, причем к краям этой зоны величина Вк должна спадать в соответствии с формой кривой ег паза (см. рис. 6-11, ж)- Зазор 6Д обычно в 1,5—2,0 раза больше зазора б под главными полюсами. Ширина наконечника добавоч­ ного полюса при этом составляет

Ьрл = (0,4 -ь 0,80) Ь3-к.

Улучшение коммутации путем сдвига щеток. В машинах мощ­

ном положении щеток можно достичь хороших условий коммутации в широком диапазоне изменения нагрузки.

(6-28). При этом надо отметить, что уменьшение Аа нецелесообразно с точки зрения использования материалов, а величины = лБ ап и /в определяются номинальной мощностью машины. Следовательно, ограничение ег зависит от возможностей уменьшения о>с и |.

В машинах мощностью более 50 кет всегда о)с = 1. Уменьшение § возможно за счет ослабления взаимной индукции

мен(ду коммутируемыми секциями, что достигается укорочением шага на величину не более одного зубцового деления и применением ступенчатой обмотки (см. § 3-1). В последнем случае взаимоиндуктивная связь между секциями ослабляется вследствие того, что если

верхние стороны и„ секций находятся в одном пазу, то их нижние стороны располагаются в разных пазах (см. рис. 3-5, б).

Для уменьшения ег в петлевых обмотках выбирают также отно­ шение К/р равным нечетному числу, так как при этом секции, охватывающие соседние полюсы, коммутируются со сдвигом на время поворота коллектора на половину коллекторного деления

ивзаимная индукция соответственно ослабляется. К уменьшению I приводит также уменьшение отношения глубины паза к его ширине

иувеличение коэффициента щеточного перекрытия рк, поскольку в последнем случае знаменатель (6-27) растет быстрее числителя.

Определенное снижение 5 поддается также, если увеличивать высоту сечения проводника в пазу якоря. В этом случае вследст­ вие эффекта вытеснения тока во время коммутации уменьшается индуктивность проводника и секции.

Впетлевых обмотках при отсутствии уравнителей первого рода токИ отдельных параллельных ветвей различны и поэтому различны также реактивные э. д. с. секций, коммутируемых раз­ личными щетками, и н. с. реакции якоря в зонах различных доба­ вочных полюсов. Однако н. с. всех добавочных полюсов равны, так как они определяются полным током якоря. Вследствие сказанного равновесие между реактивной и коммутирующей э. д. с. нарушается

инаступает расстройство коммутации. При наличии уравнителей первого рода указанные неблагоприятные обстоятельства устра­ няются.

Перспективно применение машин постоянного тока с беспазовым якорем, в которых обмотка якоря укладывается и укрепляется на поверхности цилиндрического якоря. В этом случае потоки рас­ сеяния (см. рис. 6-9) ослабляются, и поэтому реактивная э. д. с. зна­

чительно уменьшается. Уменьшается также реакция якоря. Такие машины имеют тот недостаток, что величина немагнитного зазора между полюсами и якорем увеличивается и требуется значительно более сильная обмотка возбуждения.

Увеличение сопротивления цепи коммутируемой секции в прин­ ципе возможно за счет выполнения «петушков» с повышенным сопро­ тивлением. Однако это приводит к уменьшению к. п. д. машины, а также к увеличению плотности тока у сбегающего края щетки (см. рис. 6-5, б). Кроме того, такие «петушки» ненадежны в работе.

Существенным является подбор щеток с надлежащими характе­ ристиками. При тяжелых условиях коммутации лучше работают твердые графитные щетки с повышенным переходным сопротивле­ нием переходного контакта, однако при этом электрические потери в переходном контакте и механические потери на трение также больше. Щетки с круто поднимающейся вольт-амперной характе­ ристикой благоприятны с точки зрения уменьшения плотности тока на сбегающем краю щетки и способствуют улучшению

коммутации. Медно-графитные щетки, обладающие малым переход­ ным сопротивлением, применяются только в машинах на напряже­ ние до 25—30 в.

Для улучшения коммутации предложен также ряд других мер, которые, однако, не находят широкого применения.

Улучшение коммутации при переходных режимах и пульсирую­ щем токе. Выше основное внимание уделялось коммутации при нормальных установившихся режимах работы. При резких пере­ ходных режимах (толчкообразная и пульсирующая нагрузка, силь­ ные перегрузки, короткие замыкания и т. п.), а также при пита­ нии машин постоянного тока через выпрямители от сети перемен­ ного тока, в особенности от однофазной сети (например, железные дороги, электрифицированные на переменном токе), условия ком­ мутации ухудшаются.

ных полюсов. Компенсация этой э. д. с. с помощью добавочных полюсов практически невозможна, так как закономерности изме­ нения етр и ек различны. В частности, етр вовсе не зависит от ско­ рости вращения. Поэтому в необходимых случаях принимают меры к уменьшению етр. Например, в тяговЫх двигателях постоянного тока, устанавливаемых на электровозах переменного тока с вы­ прямителями, обмотки возбуждения главных полюсов шунтируются активными сопротивлениями. Вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения пульсирующая составляющая выпрямлен­ ного тока при этом будет ответвляться в шунтирующее сопротив­ ление и поток главных полюсов не будет содержать этой составляю­ щей.

При быстрых изменениях тока в цепи якоря поток добавочных полюсов вследствие возникновения вихревых токов в массивной магнитной цепи и создаваемых ими магнитных потоков не будет изменяться пропорционально току якоря и компенсация реактив­ ной э. д. с. нарушится. Улучшить коммутацию при этом можно с помощью индуктивной катушки, присоединяемой параллельно обмотке добавочных полюсов-. Если постоянная времени

Тя. к = ^-н. КГн к

индуктивной катушки значительно больше постоянной времени обмотки добавочных полюсов, то ток в этой катушке будет ме­ няться весьма медленно по сравнению с током в обмотке добавоч­ ных полюсов. Поэтому резкие изменения тока якоря Д/ воспри­ нимаются этой обмоткой, и так как через нее проходит только часть полного тока якоря, то относительное изменение тока в обмотке добавочных полюсов будет больше, чем в обмотке якоря. Такая

«форсировка» тока обмотки добавочного полюса позволяет добиться более быстрого изменения его магнитного потока и тем самым ком­ пенсировать в определенной мере влияние вихревых токов в магнитопроводе. Однако наиболее эффективной мерой улучшения коммутации в машинах с резко изменяющейся нагрузкой или при сильных пульсациях питающего тока является изготовление сер­ дечников добавочных полюсов, а также ярма машины из листовой электротехнической стали [311.

Эффективной мерой улучшения коммутации при резко пере­ менной нагрузке является также применение компенсационной обмотки, которая предотвращает опасность возникновения круго­ вого огня, а также улучшает условия действия добавочных полю­ сов.

При значительных перегрузках машины, а в особенности при коротких замыканиях, сердечники добавочных полюсов насы­ щаются прежде всего за счет больших потоков рассеяния. В этом случае добавочные полосы уже не в состоянии компенсировать реактивную э. д. с. и коммутация сильно нарушается. При наличии компенсационной обмотки поток рассеяния добавочных полюсов значительно уменьшается, в результате чего область их правиль­ ного действия увеличивается.

§ 6-7. Коммутационная реакция якоря

При отклонении коммутации от прямолинейной токи в комму­ тируемых секциях создаюг, кроме реакции, рассмотренной в гл. 5, дополнительную реакцию якоря.

На рис. 6-16 схематически показан двухполюсный генератор со щетками, установленными на геометрической нейтрали. Щетки изображены достаточно широкими, чтобы показать под ними три коммутируемые секции, начерченные более жирными кружочками.

Рис. 6-16, а соответствует прямолинейной коммутации, когда в средней коммутируемой секции ток равен нулю, а в крайних сек­ циях токи имеют противоположные знаки. Как видно из рис. 6-16, а, ось симметрии распределения токов при этом совпадает с геомет­ рической нейтралью. В этом случае коммутируемые секции не ока­ зывают никакого дополнительного влияния на поле полюсов и коммутационная реакция якоря отсутствует.

Идеализированному случаю предельно замедленной коммута­ ции, когда ток в коммутируемой секции сохраняется неизменным по величине и направлению до самого конца периода коммутации и затем мгновенно изменяет свой знак, соответствует распределение токов, показанное на рис. 6-16, б. Из этого рисунка следует, что при замедленной коммутации в генераторе токи коммутируемых

секций создают размагничивающую реакцию якоря, которая назы­ вается к о м м у т а ц и о н н о й . В случае ускоренной коммутации в генераторе возникает намагничивающаяся коммутационная реак­ ция якоря (рис. 6-16, в). В двигателе коммутационная реакция якоря, наоборот, при замедленной коммутации будет намагничи­ вающей и при ускоренной — размагничивающей.

Рис. 6-16. Коммутационная реакция якоря

При предельно замедленной и'предельно ускоренной коммута­ ции и. с. коммутационной реакции якоря максимальна и на один полюс равна

тельное влияние на магнитный поток машины и режим ее работы. Однако в ряде случаев ее влияние значительно, например, при коротком замыкании машины, когда ток якоря возрастает во много раз, а коммутация вследствие насыщения сердечников Добавочных полюсов нарушается и становится сильно замедленной. Это влия­ ние велико также в электромагнитных усилителях (см. § 11-3), в которых основное, или первичное, магнитное поле является сла­ бым.

§ 6-8. Экспериментальная проверка и настройка коммутации

Ввиду сложности коммутационного процесса теоретический анализ коммутации основывается на ряде допущений и упрощений. Поэтому расчет коммутации при проектировании машин является приближенным и большое значение имеют экспериментальные

методы исследования коммутации. В частности, окончательная наст­ ройка коммутации опытных образцов серийных машин и машин индивидуального производства осуществляется после их экспери­ ментального исследования.

Рассмотрим наиболее распространенные экспериментальные ме­ тоды проверки коммутации.

Метод лодпиткн добавочных полюсов. На рис. 6-17 показана схема электрических соединений для выполнения опыта. Здесь Я1 — якорь испытуемой машины, ОВ1 — ее обмотка возбуждения и ДП — обмотка добавочных полюсов: Д2 — якорь вспомогатель­ ного генератора, служащего для подпитки добавочных полюсов,

в другом направлении, устанавливаем при 1а = 0 величины токов + А/ и — А/, вызывающие определенную степень искрения. При­ чиной искрения при этом является ток в короткозамкнутой секции, который вызывается неуравновешенной коммутирующей э. д. с. ек, индуктируемой в короткозамкнутых секциях добавочными полю­ сами. В правильно спроектированной и хорошо изготовленной машине при установке щеток на линии геометрической нейтрали токи + А/ и — А/ при 1а — 0 приблизительно равны.

Затем в якоре Д1 устанавливаем некоторый ток /„ и снова опре­ деляем токи + А/ и — А/, доводящие искрение на щетках до заданной степени, и т. д.

При увеличении / 0 условия коммутации ухудшаются и соответ­ ствующие значения + А/ уменьшаются. В правильно спроекти­ рованной машине при правильном действии добавочных полюсов

кривые подпитки сходятся в некоторой точке оси абсцисс (рис 6-18, а). Если действие добавочных полюсов слабое, то средняя линия кри­ вых подпитки отклоняется вверх (штриховая линия на рис. 6-18, б), так как наилучшие условия коммутации при этом достигаются при усилении действия добавочных полюсов, т. е. при положитель­ ных токах подпитки. При слишком сильном действии добавочных

полюсов средняя линия кривых под­ питки отклоняется вниз (рис. 6-18, в).

подпитки позволяют также оценить правильность расчета добавоч­ ных полюсов в отношении их насыщения.

ном смысле слова это верно, когда кривые снимаются для степени искрения 1. Однако иногда машины при номинальном токе имеют большую степень искрения, и тогда снимать кривые подпитки при степени 1 не имеет смысла.

Кривые подпитки надо снимать при хорошем состоянии поверх­ ности коллектора и зеркала щеток, после приработки щеток к кол­ лектору в течение нескольких часов работы под нагрузкой. Во избе­ жание разброса точек кривых необходимо наблюдать за искрением