5.4 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

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

Рис. 5.8 Рис. 5.9

Значення реактивної ЕРС у двигунах пульсуючого струму

також 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 (5.2) і . Але якщо

= 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. 5.7). Як видно із рис. 5.9, 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 ном =1 вона може досягати 2.. .3 В, при

= 0,97- 0,8... 1,0 В, а при ном = 0,95 і нижче - не перевищує 0,4 В.

При постійному шунтуванні обмотки збудження кут зсуву α між змінни­ми складовими струмів якоря і збудження становить приблизно 45°. Внаслідок вихрових струмів потік відстає від струму на кут = 30.. 50°. Отже, ЕРС Езсунута відносно на кут, рівний приблизно 180° (а то і більше), тобто орієнтована майже протилежно і (рис. 5.9, б).

Додавши всі три ЕРС (рис. 5.9, а), одержимо результуючу небалансну ЕРС .

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

(5.9)

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

Ступінь іскріння

Рис. 5.10

Щітки тягових двигунів мають певну «комутаційну здатність», яка характери­зується залежністю ступеня іскріння від величини сумарної небалансної ЕРС . (на рис. 5.10 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: = 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 ; 2) ті, що використовують ЕРС , для зменшення .

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

Поряд з цим, якщо потік «перекинутий» або взагалі кут дуже ве­ликий, можна підібрати таку величину і фазу вектора , 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 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.