Лекция №43

Практическое занятие №3

Расчет и схема соединений обмоток якоря машины постоянного тока.

Лекция №44

Коммутация

б) Прямолинейная коммутация. Допустим, что сумма э.д.с., наведенных в коммутируемой секции, в любой момент времени равна нулю: e = 0. Тогда равенство (5-30) принимает вид:           (5-33) Отсюда, учитывая (5-32), получим:           (5-34)  Полученное равенство показывает, что в рассматриваемом случае ток i в коммутируемой секции будет линейной функцией времени (рис. 5-30). Такая коммутация называется прямолинейной. При прямолинейной коммутации плотность тока под щеткой в любой момент времени будет распределена равномерно. Рис. 5-30. Прямолинейная коммутация.  Плотности тока под набегающим краем щетки , под сбегающим краем щетки . Так как S2t и S1Tк-t, то  и  (рис. 5-30); но 1=2, следовательно, 1=2.

в) Криволинейная коммутация.

Рассмотрим э.д.с., наведенные в коммутируемой секции. Примем, что в коммутационной зоне нет внешнего поля (например, при положении щеток на физической нейтрали). В этом случае в коммутируемой секции будут иметь место только э.д.с. самоиндукции и э.д.с. взаимной индукции. Последняя будет наводиться вследствие изменения тока и создаваемого им поля соседней секции, замкнутой другой щеткой (рис. 5-29).

Результирующая э.д.с. самоиндукции и взаимной индукции называется реактивной э.д.с., Обозначим ее через е_R. Она согласно закону Ленца будет задерживать изменение тока. Ток i вследствие этого будет проходить нулевое значение позже, чем при прямолинейной коммутации (рис. 5-31). Такая коммутация называется замедленной. При замедленной коммутации плотность тока на сбегающем крае щетки возрастает. Здесь  будет больше, чем . В этом-случае может быть искрение при разрыве цепи в момент, когда коллекторная пластина 1 отходит от щетки, так как реактивная э.д.с.  (L_R учитывает индуктивность и взаимную индуктивность коммутируемой секции) достигает больших значений из-за большой скорости изменения тока di/dt в конце периода коммутации.

Рис. 5-31. Замедленная коммутация.

 Электродвижущая сила, наведенная в коммутируемой секции внешним полем, называется коммутирующей; обозначим ее через е_к. Полярность внешнего поля устанавливается таким образом, чтобы е_к была направлена против е_R. Если при этом е_к > е_R, то процесс изменения тока i ускоряется (рис. 5-32). Коммутация называется ускоренной. При ускоренной коммутации перегружается током набегающей край щетки. При его чрезмерной перегрузке может возникнуть искрение в моменты замыкания секции, когда пластина 2 подходит к щетке.

Рис. 5-32. Ускоренная коммутация.

Лекция №45

Коммутация

д) Способы улучшения коммутации. Дополнительные полюсы. В современных машинах для создания коммутирующего поля применяются дополнительные полюсы. Их обмотка, как указывалось, соединяется последовательно с обмоткой якоря (рис. 5-34). При этом коммутирующее поле увеличивается пропорционально току якоря, если магнитная цепь дополнительных полюсов слабо насыщена. Поэтому ек будет пропорциональна току якоря, так же как и еR. Следовательно, здесь мы получаем автоматичность действия дополнительных полюсов. Рис. 5-34. Соединение обмотки дополнительных полюсов с обмоткой якоря.  Число витков обмотки дополнительных полюсов должно быть так выбрано, чтобы ее н.с. не только компенсировала поперечную н.с. якоря, но и имела некоторый избыток, необходимый для создания в коммутационной зоне надлежащего поля. На рис. 5-35 представлена кривая поля машины, имеющей дополнительные полюсы. Здесь же указаны необходимые полярности дополнительных полюсов при работе машины генератором и двигателем (см. также рис. 5-34). Рис. 5-35. Кривая поля машины с дополнительными полюсами.

Круговой огонь на коллекторе. Компенсационная обмотка.

При работе машины постоянного тока может образоваться круговой огонь на коллекторе, под которым понимается электрическая дуга, охватывающая часть или весь коллектор по его цилиндрической поверхности. Оно может возникнуть при перегрузках. Врезультате возрастают максимальная индукция в воздушном зазоре и пропорциональное этой индукции максимальное напряжение U_к.м между соседними коллекторными пластинами (рис. 5-38).

Рис. 5-38. Максимальная индукция B_м в воздушном зазоре машины при ее перегрузке, определяющая максимальное напряжение U_к.м между соседними коллекторными пластинами (пунктирная кривая — кривая поля машины при холостом ходе).

Для предотвращения кругового огня на коллекторе нужно иметь достаточное число коллекторных пластин на полюсное деление, чтобы напряжение между соседними коллекторными пластинами не было слишком большим. В мощных машинах, работающих с большими перегрузками (например, двигатели для крупных прокатных станов), кроме того, нужно применить компенсационную обмотку, чтобы не было искажения поля под главными полюсами. Проводники компенсационной обмотки, которая соединяется последовательно с обмоткой якоря, закладываются в пазы полюсных наконечников (рис. 5-39). Она при этом компенсирует поперечную реакцию якоря под главными по­люсами при всех нагрузках машины.

Рис. 5-39. Машина с компенсационной обмоткой в пазах полюсных наконечников.

 Компенсационная обмотка обычно применяется для мощных и быстроходных машин при мощности на один полюс свыше 80—100 кВт, при U>400 В, если машина подвергается перегрузкам свыше 120% и если e_R>6 В. Применение ее для нормальных машин становится экономически целесообразным при мощностях свыше 900 кВт, даже если указанные условия отсутствуют.