4.7. Особливості потенціальних умов на колекторі

Пульсація струму якоря тягового двигуна супроводжується пульсаціями його лінійного навантаження, які викликають значні змінні складові MPC реакції якоря. Розглянемо вплив цих MPC на розподіл індукції під головним полюсом, прийнявши для спрощення рівномірний повітряний проміжок і вважаючи, що потік збудження не пульсує, бо кф << кi.

Пульсаційні зміни MPC реакції якоря ьикличуть зміни величини коефіцієнта стійкості в межах

(4.15)

Підставивши ці значення в формулу (2.31), одержимо величину кое­фіцієнта викривлення, який визначає ступінь зміни максимальної міжламельної напруги, викликаний пульсацією струму якоря:

(4.16)

Отже, напруга між колекторними пластинами uк = uк_ + uк~ , тобто містить сталу і змінну складові. На протязі півперіоду випрямленого стру­му, коли вони прикладені узгоджено, потенціальні умови будуть найгірши­ми, а на протязі другого півперіоду - кращими, ніж в аналогічному режимі живлення машини постійним струмом. Найбільш несприятливий режим при за формулами (4.16).

Уявимо собі, що в цей час спалахне мікродуга між сусідніми пластина­ми. Кожний півперіод пульсуючого струму при частоті мережі 50 Гц триває 1/200 с, але за цей час при лінійній швидкості 55 м/с будь-яка точка швид­кохідного колектора проходить 0,275 м, що становить значну частину відстані між сусідніми щіткотримачами. Це підтверджує небезпечність пе­ретворення місцевих електричних дуг у коловий вогонь.

Відносне погіршення потенціальних умов оцінимо, виходячи з відно­шення коефіцієнта викривлення при роботі двигуне на пульсуючому і постійному струмах. Розділимо (4.16) на , і, пам’ятаючи, що остання формула відповідає постійному струму, з урахуванням (4.15) одержимо

. (4.17)

Це відношення зростає при підвищенні , і зниженні , що буває при малих струмах двигуна і глибокому ослабленні збудження. Так, при =0,3 і = 0,9 визначене за формулою (4.17) відношення дорівнює 1,158. На цій підставі можна рекомендувати знизити величину максимально допустимої міжламельної напруги двигунів пульсуючого струму на 10...15 % відносно аналогічних двигунів постійного струму, тобто мати uк.ср ≤15 В. Дещо кра­ще відношення за формулою, аналогічною (4.17), буде при ексцентричному проміжку, а суттєве поліпшення може бути одержане у разі застосування компенсаційної обмотки.

4.8. Пульсаційні втрати у двигунах пульсуючого струму

У порівнянні з роботою на постійному струмі пульсація струмів і маг­нітних полів викликає появу додаткових втрат, мкі названі пульсаційними.

Гармонічний аналіз осцилограм струмів у обмотках тягових двигунів пульсуючого струму показує, що в них різко виражена перша гармоніка, яка і викликає в машині пульсаційні втрати. Нижче наведена структура струму якоря тягового двигуна НБ511М:

Порядок гармоніки ν	1	2	3
Частота гармоніки, Гц	100	200	300
Коефіцієнт пульсації струму	0.258	0.023	0.010
Відносна амплітуда струму, Iν/I1	1,000	0,089	0,039
Коефіцієнт втрат с	1,000	0,032	0,014

Тут коефіцієнт с = приблизно враховує співвідношення між

втратами від вихрових і контурних струмів, викликаних кожною гар­монікою.

Пульсаційні втрати виникають у провідниках обмоток від підвищення діючого значення струмів і від вихрових струмів, наведених пульсаціями магнітних потоків, що пронизують обмотки; у сталі магнітопроводу - від гістерезису і вихрових струмів, у конструктивних елементах машини - від вихрових і контурних струмів, викликаних пульсацією магнітних полів, у яких знаходяться або з якими пов’язані ці елементи. Усе це вказує на те, що у двигунах пульсуючого струму не можна застосовувати металеві конструкції, які створюють короткозамкнуті витки, особливо в площині, перпендикулярній змінній складовій магнітного потоку, а провідники об­мотки якоря доцільно розміщувати «плиском».

Пульсаційні втрати визначаються виконанням порівняльних випробу­вань тягового двигуна на постійному і пульсуючому струмах за методом, викладеним у ГОСТ 2582-81. Однак існують методи, які дозволяють безпо-середньо вимірювати окремі види цих втрат у різних колах і елементах ма­шини або визначити їх розрахунковим шляхом.

Відмітимо, що основна частина пульсаційних втрат створюється пуль­сацією магнітних потоків якоря і додаткових полюсів, а втрати від пульсації потоку збудження незначні внаслідок того, що його коефіцієнт пульсації дуже малий (див. підрозд. 4.2).

Пульсаційні втрати можуть досягати 1,0... 1,2 % потужності двигуна, вони підвищують перегрів обмотки якоря і додаткових полюсів на 10...15 °С, головних полюсів - на 6...10 °С, компенсаційної обмотки – на 6...12 °С і знижують ККД у чотириполюсних двигунів на 1,0... 1,3 %, а у шестиполюсних - на 0,5... 1,0 %.