4.4 Особливості комутації і ерс у комутованому контурі

У комутованих секціях, які замкнені щітками двигунів постійного стру­му, як це відзначалося в розд. 2, струм змінює своє значення від +iя до -iя, причому за умови прямолінійної комутації швидкість цієї зміни

.

У двигунах пульсуючого струму ця швидкість навіть при прямолінійній комутації не залишається постійною, а змінюється в межах

до .

Це пояснюється тим, що період пульсації випрямленого струму

Тп = =0,01с (тут - частота струму контактної мережі), а період кому­тації Тк, як це встановлено в розд. 2, може бути істотно менше 0,001 с. Отже, за час, рівний Тп, може пройти декілька періодів Тк. Діаграма комутації, за допомогою якої можна зобразити цей процес, наведена на рис. 4.8.

Значення реактивної ЕРС у двигунах пульсуючого струму та-

кож може змінюватись від максимального до мінімального і в проміжку між ними варіювати згідно із зміною струму якоря. Таким чином, навіть при прямолінійній комутації реактивна ЕРС не стала, а залежить від моменту часу, у який починається комутація. Ця обставина спричиняє підвищене іскрiння, яке завжди спостерігається в тягових двигунах при живленні іх пу­льсуючим струмом в порівняннi з постійним. Однак це тільки одна з причин підвищеного іскріння.

Наявність змінної складової струму якоря призводить до появи додатко­вих (у порівнянні з постійним струмом) ЕРС у комутованих секціях якоря. Стала складова струм), як у машинах постійного струму, викликає появу постійних реактивної і комутаційної ЕРС. (Усі постійні складові відмічені позначкою ) Змінна складова струму призводить до появи аналогічних змінних ЕРС Ер~ і Ек~ змінна складова потоку головних полюсів Фз~ наво­дить у якорі, як і у вторинній обмотці трансформатора, трансформаторну ЕРС Еt .

Ці три змінних ЕРС хоч і менші за значенням, ніж постійні реактивна й комутаційна ЕРС, але одного з ними порядку. Дійсно, так як реактивна ЕРС

пропорційна струму, то згідно з (4.2) і . Але якщо

кi = 0,25.. 0,40, то хоча і менша за , але одного з нею порядку.

Розглянемо дію трьох змінних ЕРС на процес комутації і з’ясуємо причини підви­щеного іскріння, для чого побудуємо век­торні діаграми.

Нагадаємо, що ЕРС збігається за фа­зою зі струмом, а , як ЕРС обертання, збігається за фазою з потоком, що її ство­рив, тобто «перекинутим» (див. рис. 4.7). Як видно із рис. 4.9, а ЕРС не тільки не компенсує (як стала складова) , але й призводить до появи сумарної ЕРС > що і викликає підвищене іскріння на колекторі.

Таким чином, «перекидання» потоку призводить до зміни напрямку ЕРС

Природа третьої ЕРС така ж, як і у трансформаторах: вона відстає від потоку на кут 90º і залежить від сту­пеня постійного шунтування обмотки збудження. При βном =1 вона може досягати 2.. .3 В, при β= 0,97- 0,8... 1,0 В, а при βном = 0,95 і нижче - не перевищує 0,4 В.

При постійному шунтуванні обмотки збудження кут зсуву α між змінни­ми складовими струмів якоря Iя~ і збудження Iз~ становить приблизно 45°. Внаслідок вихрових струмів потік відстає від струму на кут у = 30.. 50°. Отже, ЕРС Езсунута відносно на кут, рівний приблизно 180° (а то і більше), тобто орієнтована майже протилежно Iя~ і (рис. 4.9, б).

Додавши всі три ЕРС (рис. 4.9, а), одержимо результуючу небалансну ЕРС ΔЕ~.

Вважаючи, що двигун має ідеально настроєну комутацію на постійному струмі, тобто Еp- = —Ек-, бачимо, що ступінь іскріння двигуна пульсуючого струму визначається величиною , де

(4.9)

У дійсності, звичайно, доводиться рахуватись з наявністю «постійної» небалансної ЕРС , результатом нерівності Еp- і Ек-.

Ступінь іскріння

Рис. 4.10

Щітки тягових двигунів мають певну «комутаційну здатність», яка характери­зується залежністю ступеня іскріння від величини сумарної небалансної ЕРС ΔЕ = ΔЕ- + ΔЕ~. (на рис. 4.10 лінія 1 для твердих, лінія 2 - для м’яких щіток). Для хороших електрографітизованих розрі­зних щіток допустима небалансна ЕРС, при якій іскріння ще не виходить за допу­стимі межі: ΔЕдоп = 1,3.. 1,5 В. Виходячи з цього, необхідно прагнути до всебічно можливого зниження величини небалан­сної ЕРС.

Заходи з покращення комутації мож­ливо розділити на дві групи: 1) ті, що зменшують ЕРС Ерк~ ; 2) ті, що використовують ЕРС Еt, для зменшення ΔЕ~.

Дійсно, зміна величи і фази потоку Фк~, коли кут ψк наближається до мінімуму, зменшить Ерк~ , а ЕРС Et при цьому може бути максимально зни­жена певною зміною ступеня шунтування головних полюсів, оскільки вона пропорційна змінній складовій потоку збудження, тобто Et ~ Фз~. Досліди показують, що при βном < 0,85 ЕРС Et < 0,25 В, тобто досягає величини, яка практично не може впливати на ступінь іскріння.

Поряд з цим, якщо потік Фк~ «перекинутий» або взагалі кут ψк дуже ве­ликий, можна підібрати таку величину і фазу вектора Et, при яких небаланс­на ЕРС буде мінімальною.

Як відомо, пуск двигунів постійного струму найбільш важкий у кому­таційному відношенні. Може скластися враження, що цей режим у двигунів пульсуючого струму через наявність небалансної ЕРС ΔЕ буде надто склад­ним. Однак пуск цих двигунів виконується при зниженій напрузі на колек­торі, коли всі змінні ЕРС в комутованих секціях якоря малі й практично не впливають на комутацію. Тому пуск двигунів пульсуючого струму протікає приблизно так, якби вони живились постійним струмом.