книги / Машины постоянного тока средней и большой мощности
..pdfрасстоянием до поверхности коллектора. Преобразованный и усиленный в электронной, схеме профиломётра сигнал с вихродатчика, пропорциональ ный изменению расстояния, от датчика до поверхности коллекторной пла стины^ подается или на стрелочный индикатор или на осциллограф.
Большое значение для диагностики причин ис* ения л состояния коллекторно-щеточного узла, кроме всех рассмотренных в данном разде ле приборов,имеют также измерители нажатия на щетку , температуры коллектора и др. Наличие комплекса всех указанных приборов очень важ но как при проведении исследований процесса ком м утации, так и при настройке коммутации. ОДТГ на стендах заводов-изготовителей и в усло виях эксплуатации.
|
5.7. Машины постоянного тока с гладким якорем |
||||
Вполне |
очевидно, |
что облегчить протекание процесса коммутации в |
|||
МПТ возможно# за счет |
снижения .индуктивности якорной обмотки. Напом |
||||
ним, что собственную индуктивность секции;, являющейся элементом |
|||||
якорной обмотки. Можно |
рассматривать,- как сумму трех составляющих,, |
||||
а именно: Индуктивности |
пазовой |
Ln и лобовой Бд частей секции; |
|||
Индуктивности L£ |
у |
обусловленной полем по коронкам зубцов. Причем, |
|||
наибольший, удельный |
|
вес из трех составляющих имеет пазовая, величи |
|||
на которой ЛеЖИт в пределах (50 - 70)% собственной индуктивности |
|||||
Секций Lg |
• Таким |
образом, для |
снижения индуктивности секции Lc , |
||
в основном необходимо уменьшить ее пазо.вую составляющую. Это в зна чительной мере осуществить можно применением бёслаэовых или', как;их еде Называют, гладких якорей*
Первые, машийы с'гЛаДкшлй йкорямй бь!Ли изготовлены ещг в прошлом веке, но из-за трудностей в Крепйёнйи обмотки,онине нашли примене ния. С конца Пятидесятых годЬВ, в связи с гэлучением нойых материа- - лов с высокими йлёктроизоляционными и Механическими свойствами, поя вилась возможность изготовления Достаточно надежных беспазсвых МЛГ. Первоначально, Японскими фирмами и отечественной электропромышлен ностью были выпущены машины мощностью до 20 кВт для управляемого электропривода. Прзже были созданы отечественные тяговые двигатели FT-II6, FT-64-1. мощностью 220 кВт для электропоездов и КЬ-504А, НЬ-- 509 мощностью соответственно 790 кВт и 750.кВт для электровозов. Тя говые двигатели- F T - H 6 и НБ-504А прошли многолетние испытания соот ветственно на электропоезде ЭР-22 и электровозе ВЛ Ь0Т, которые под-
91
.6 )
в)
Рис. Ь Л О Варианты выполнения якорньх. обмоток машин С гладким якорем
твердили их высокие эксплуатационные' свойства /• 12 /- Основные существующие способы выполнения якорных‘со'моток’х. глад
ким якорем представлены на рис. ЬЛО., гдевведены следующие.обшке обозначения: I - проводники обмотки-якоря ; -2‘ - стёк лоб анда:^; 3. г изо
ляционный слой на сердечнике; |
Da -. диаметр якоря, первый способ', по |
||
которому обмотка укладывается |
на .изрлированнкй.якерь, проиллюстриро |
||
ван рисунками |
ЬДОуа. и б.. Причем, |
на первом к з ’-й'Тй х ;рисунков .показа |
|
но выполнение |
якорных обмоток Ш Г |
мощность», до. 2С\ кВт. Б указанных |
|
выше тяговых машинах, для якорной-обмотки применяют-- проводники пряг-
моугольного сечения, |
которые |
собирают |
в катушкиj размеренные, на |
якоре в соответствии |
с рис. |
5.10,6. |
|
Первый способ выполнения'якорных-обмоток позволяет применять только аксиальную вентиляцию. Кроме того,, обмотка В этих случаях вы полняется однослойной в активной части, (по длине якоря) и двухслой
92
ной а лобовой части. В качестве |
примера принцип выполнения двухслой- |
|
|
-v |
ного расположения лобовых частей ма- |
|
j ) |
шины; ИЬ-504А иллюстрирован рис.5.11. |
|
|
По второму способу в машинах с |
|
|
гладким якорем мощностью свыше 600 |
Рис. 5.II Выполнение лобовых |
кВт укладка обмотки, выполняемой в |
|
'частей |
обмотки |
активной части двухслойной, осущест- |
вкорг |
машины H&*504A |
вляется в пазы пластмассовых сегмен |
тов. Крепление якорной обмотки тягового генератора, созданного на Харьковском.заводе "олектротяжмаш" и имеющего следующие данные:
Р |
= 1200 |
кВт, |
U = 550 В, |
Ц - 650 об/мин показано |
на рис.5.10,в. |
Крепление |
пластмассовых, сегментов (поз.4 рис.5.10,в) |
на якоре данно |
|||
го |
генератора, а |
соответствии |
с проектом должно было осуществляться |
||
с помощью |
так называемых "ласточкиных хвостов" (поз.5, рис.5.10,в). |
||||
|
Второй способ крепления якорной обмотки на гладком якоре позво |
||||
ляет использовать |
радиальную |
систему вентиляции,-что особенно важно |
|||
з крупных |
и предельных по мощности машинах постоянного тока. |
||||
|
любой.йэ рассмотренных случаев выполнения якорной обмотки должен |
||||
обеспечивать достаточную механическую надежность крепления самой об мотки, обеспечивать монолитность механической системы "стеклобандажобмоткагсердечник".. Для достижения этой цели в качестве обмоточной
'изоляции берут стеклопластики, которые после пропитки обмотки в эпо ксидном’компаунде' горячего отвердения образуют изоляцию типа "моно
лит".; Эта изоляция обладает высокими механическими и электроизоляционнммсвойствами у -.хооошей теплопроводностью и температурным коэффи циентом линейного расширения,- близким аналогичным коэффициентам для
меди. |
..стали. |
Следует отметить•также, что в настоящее время получен |
новый |
материал |
ровинг * у которого показатели механической прочнос |
ти .приблизительно-в четыре, раза вше, чем у материала стеклобандажей, применяемых при изготовлении тяговых двигателей НБ-504А.
Естественно, что в f-ufT с гладкими якорями происходит значитель ное увеличение зазоров под полюсами по сравнению с соответствующими щиТ, имеющими зубчатые якоря. Иди главными полюсами зазоры увеличи ваются в (3,5 г- 5,5) раза. Это обстоятельство имеет как положитель ные, так и -отрицательные последствия. К положительному следует отне сти значительное уменьшение реакции якоря, что приводит к меньшему искажению поля в зазоре под ГГ! и, в конечном итоге, к улучшению рас-
93
пределения напряжения между смежными коллекторными пластинами; Оказа лось, что даже в двигателе НЬ-504А мощность» 790 кВт Не.нужна компён^
сационная обмотка, без которой он и был |
изготовлен. |
С другой стороны, увеличение зазора |
в СЗ',-5 - 5,5) раз требует |
увеличение намагничивающей силы Главных |
полюсов F6 в (2 - 3,5) ра |
за. Это приводит к серьезным трудностям с размещением обмоток воз буждения и требует целого ряда конструктивных решений; Например* можно поднять индукцию в сердечнике ГЛ от 1*6 Тл - предельного зна чения при зубчатом якоре и обусловленного недопустимостью насыщения зубцов якоря* до значения 1,9 Тл, что позволит выполнить сердечник ГЛ более узким, тем самым увеличив объем для размещения обмотки, воз буждений;
Увеличение намагничивающей силы, возбуждения приводит к увеличе нию потоков рассеяния ГП. Коэффициент рассеяния главных полюсов МИГ с гладким якорем лежит в диапазоне (1,25 - 1,5).
Отсутствие зубцов на якоре приводит к тому, что называемой по
•аналогии с |
зубчатым якорем поток пазозого |
поля рассеяния замыкается, |
в основном, |
по воздуху. При этом удельная |
проводимость для пазово.го |
потока |
Ап, уменьшится в ( 2 - 7 ) раз, а средняя результирующая |
прово |
||||
димость |
паза |
J |
, во многом |
определяющая значение реактивной |
ЭДС |
|
секции |
Еъ |
, уменьшится в |
(2 - 3) раза. В некоторое машинах* |
из-за |
||
очень маленькой |
величины |
Е ъ |
, можно отказаться от. .применения до |
|||
полнительньвс полюсов. |
|
|
|
|||
Таким образом, главной особенностью (или.преимуществом) МЯТ ё гладким якорем, является улучшение коммутации; Действительно *.как по* казали экспериментальные исследования, проведенные для тйговых дви* гателей [ 12 J , ширина 0БР значительно выше у машин ё НЛаДкйМ йко* рем, чем у соответствующих машин с зубчатым якорем. СйеДУеТ также отметить, что в машинах с гладким якорем нет самостоятельно коММу$й~ руемых секций, т.е. коэффициенты демпфирования Qp практически одинаковы для всех секций, что значительно облегчает настройку ком мутации (см.табл.4.1).
Снижение реактивной ЭДС в машинах с гладким якорем позволяет вы полнить ее на меньшем диаметре0а, но с большей длиной. Уменьшение fra
дает возможность снизить маховой м о м е н т ф Ь ^ что повышает быстро действие машины з системах управляемого электропривода;
Ло сравнению с машинами ,имеющими зубчатые якоря, в МГГГ с глад ким якорем возникают новые, дополнительны потери в проводниках якор-
94
ной обмотки Рмад Они обусловлены тем, что в проводниках якорной обмотки, лишенных экранирующего действия стальных зубцов, и при дви жении в неоднородном поле, т.е. в области действия боковых потоков главных и добавочных полюсов, наводятся вихревые токи. Потери от ви
хревых токов. |
Рмад |
в массивных проводниках могут достигать |
значе |
|||
ния основных потерь в меди обмоток, а иногда и превышать их. |
|
|||||
Для уменьшения потерь |
Рмад необходимо подразделять проводники |
|||||
якорной обмотки. Ответ на вопрос, как производить_подразделение, |
||||||
можно дать с |
помощью рис. 5.12. Вектор индукции В |
неоднородного |
||||
поля в |
любой, точке имеет радиальную В5 и тангенциальную Вт |
состав |
||||
ляющие |
Сем.рис. ЬЛ2,;а), |
причем Вт может достигать значения, рав |
||||
ного (16 - 20)% от |
ВS' |
Из рис. 5.12,6, на котором для_примера пока |
||||
зано по одному контуру вихревого тока от составляющих Вт и Вб , вид но, что для уменьшения добавочных потерь, вызванных радиальными сос тавляющими полей главных и добавочных полюсов, необходимо выполнить подразделение проводников по ширине, а для уменьшения потерь от тан генциальных, составляющих - подразделение проводника по высоте. Умень шить тангенциальную составяяющую поля, а значит и потери, обусловлен ные ею, можно путем скоса полюсных башмаков.
9 5
Добавочные потери Рмад зависят от квадрата окружной скорости
якоря |
Уа . |
Расчетом |
показано, что, подразделяя проводники |
|||
на элементарные и применяя простейшую транспозицию,, при |
скорости |
|||||
Va $ |
(30 - 35) |
м/с можно получить |
потери Рмад не более |
(0,5 - |
1,0)р |
|
Рн |
При больших значениях |
Va |
добавочные потери чрезмерно |
возра |
||
стают и применение гладкого якоря с обычной конструкцией обмотки ста новится нерациональным. В быстроходных машинах, имеющих тяжелые ус ловия коммутации, применение гладкого якоря возможно в случае выпол нения обмотки якоря из специального многожильного кабеля с транспози цией проводников.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рабинович И.Н., Шубев И.Г. Проектирование электрических машин постоянного, тока. - Л.: Энергия, 1967.
2. Миничев В.М., Плюснин И.Л., Рыков Н.Я. Технический уровень крупных электродвигателей постоянного тока и пути его повышения!. "Электросила", 1953. № 35.
3.Справочник по электрическим машинам/ Под общей редакцией Копылова И.П. и Клокова Б.К. М.: Энергоатомиздат, .1966. T.I.
4.Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машина, - Л.: Энергия, 1973. Ч Ц .
•5/ Вольдек А.И. Электрические машины. - Л . : Энергия, 1978.
6.Лемберг А.Я. Исследование двухходовых несимметричных петлевых обмоток при помощи потенциальных многоугольников. - Электромеханика, I960. Jr 6.
7.Ипатов П.М. Многоходовые об?лотки якорей электрических машин постоянного тока. - М . : Наука, 1965.
6.Метод расчета реактивной ЭДС и добавочных коммутационных потерь в обмотке якоря машин постоянного тока/ Латышева В.А., Меще-. нина М.П., Пашкевич В.И., Фетисов Б.В. - Электричество, 1962. №3..
9.Толкунов В.П. Теория и практика коммутации машин постоянного тока . - М. : Энергия, 1979.
10.Мещенииа М.П., Пашкевич В.И., Фетисов В.В. Оценка демпфирую щих свойств обмочаки якоря машины постоянного тока при коммутации. - Электричество, 1983, № 6.
11. Метод расчета, процесса коммутации в машинах постоянного -тока с учетом вихревых и контурных токов обмоток якоря / Давидчук Г.А., Лутккн Е.М., Пашкевич В.И., Фетисов В.В. - Электротехника, 1983. № 5,
12. Бочаров В.И. Ьеспазопые тяговые электродвигатели постоянного тока. - К.: Энергия, 1976.
96
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............. ..............
Глава !. ФАКТОРЫ, ОГРАНИЧИВАЙТЕ Ю Н О С Т Ь МАШ ПОСТОЯННОГО. ТОКА ............ .
1.1.Электромагнитные нагрузки
1.2.Механические нагрузки
1.3.Ограничения.по условиям нагревания
1.4.Ограничения по условиям коммутаций
1.5. Габаритные ограничения |
.... . |
|||
Глава П. В Ш Р М Е КОШУТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ НА! |
|
|||
ПРЕДЕЛЬНУЮ ШИ^НОСТЪ.МАШИНЫ г...... .......... |
|
|||
2.1. .Зависимость;предельной мощности1от |
|
|||
t |
напряжения делду смежными коллекторными |
|||
|
ллаотйнами |
... .. |
...... ;.. . |
... |
2.2. Зависимость предельной мощности от |
|
|||
|
реактивной НДР |
( |
|
|
Глава Ш': •,0О)ВЕНШСТИ МНОГОХОДОВЫХ^ ПЕТЛЕВЫХ ОБМОТОК |
|
|||
ЯКОРЕЙ--;ijlii' .. |
а......... .... |
...... ......... |
||
3.1! Условия'симметрии и условия практического |
||||
|
выполнения многоходовых обмоток ..... Г......... |
|||
3.2, |
Небалансная |
НДС ............ |
.............. |
|
3.3.Пульсация -напряжения между смежными
*коллекторными пластинами.... .....
3.4.Способы снижения пульсаций
Глаза 1У . ОСОБЕННОСТИ КОММУТАЦИИ КРУПНЫХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
4.1.Энергетическая природа искрения и условия оптимальной коммутации .......... ........
4.2.Конструктивное исполнение секций якорных обмоток крупных 'машин постоянного т о к а ....
4.3.Расчет реактивной ЭДС и добавочных, коммутационных потерь ................ .
4.4.Взаимное демпфирование коммутируемых секций н.а завершающем этапе коммутации и оценка их демпфирующих свойств ................ .
4.5.Расчет процесса коммутации в мгновенных
значениях |
с.учетом демпфирования пазРвого |
поля расстояния....... .. |
|
Глава У. ПУТИ ПОВЫШЕНИЙ |
К О Ш Т А Щ О Ш Ю Й С П О С О Ь Н О Ш Г» |
прндольной шп^юста мит.
5.1.Общие замечания
5.2.Совершенствование методов расчета коммутации
иоптимизация коммутационных параметров WTT
5.3.Улучшение технологии изготовления-МПТ; совершенствование-ихконструкции, применение новых электротехнических материалов
5.4.Пазовые демпферы
5.5.Обмотки якоря с улучшенными коммутационными свойствами
5.6.Совершенствование методов, наладки коммутации
5.7.Машины постоянного тока с гладким якорем ЛИТЕРАТУРА ...... ............... .
62
74
74
75
79
ез
8й
87,
91
96
98
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
срзднейЙБОЛЬШОЙ моююсти
Учебное.пособие
Виктор Владимирович Фетисов Геннадий Афанасьевич Давидчук
Редактор Л.А.Сафронова
•Подписано- к "печати. 27.1291.формат 60x64/16; Бумага тип № 3.
х!ечать офсетная. Усл ,печ.л .6,25. |
Уу.-илд.л, .6,25. Тираж 500. |
’Заказ 595.- |
Цена X здб,йв-кад. |
Издание .ЛГГУ; I9525I, Санкт-Петербург, Политехническая, 29,
Отпечатано на ротапринте АГГУ. 195201 Санкт-Петербург, Политехническая, 29