2.13 Расчет коммутации машин постоянного тока

Коммутационную надежность машин постоянного тока обыч­но оценивают по ширине зоны безыскровой работы машины , границы которой определяют экспериментально по зна­чениям токов подпитки или отпитки добавочных полюсов, вы­зывающих появление искрения под сбегающими краями щеток. ГОСТ 183—74 устанавливает, что при номинальном режиме работы машины степень искрения не должна превышать класса 1,5. При этом уровне искрения наблюдается лишь слабое точечное искрение под большей частью электрощетки, которое, однако, не должно оказывать существенного влияния на срок службы коллекторно-щеточного узла машины. Косвенным критерием оценки коммутационной напряженности является реактивная ЭДС , которая индуктируется в замкнутой накоротко секции во время ее коммутации. Для машин с высотой оси вращения до 200 мм ЭДС не дол­жна превышать 2,5...3,5 В. В машинах с высотой оси вращения до 355 мм максимально допустимая ЭДС может достигать 5 В. Реактивная ЭДС коммутируемой секции, В, , где — число витков в секции; — длина якоря, м; А — линейная нагрузка, А/м; — окружная скорость якоря, м/с; — приведенная удельная магнитная проводимость пазового рассеяния. Так как активные стороны секций вступают в процесс коммута­ции не одновременно, а через определенные интервалы времени, зависящие от ширины щетки, коэффициента укорочения обмотки, числа секционных сторон в пазу и т. д., то расчет результирующей проводимости пазового рассеяния представляет собой довольно трудоемкую задачу. По формулам с достаточной точностью можно рассчитать ЭДС коммутации для машин общего назначения, когда диаметр якоря не превышает 300 мм, а условия коммутации не яв­ляются напряженными. Для расчета коммутации на­пряженных в коммутационном отношении машин, а также ма­шин с диаметром якоря свыше 300 мм используют зависимости, определяющие средний за период коммутации эффект взаимодейст­вия секций, расположенных в од­ном пазу. При расчете по формулам необходимо предварительно вы­брать ширину щетки. Ширина щетки принимается при простых волновых обмотках, при простых петлевых обмотках и при двухходовых петлевых обмотках. Ширина щетки определяет ширину зоны коммутации , т.е. ширину дуги окружности поверхности якоря, в границах которой находятся коммутируемые секции: . Диаметр коллектора коллекторное деление , а также выбирают согласно данным; укорочение обмотки в коллек­торных делениях принимают всегда со знаком плюс. Ширина щетки должна обеспечить ширину зоны коммутации: , где — ширина нейтральной зоны. Верхние границы этого отношения относятся к машинам с диа­метром якоря до 0,2 м, нижние значения принимаются при диамет­рах якоря выше 0,4 м. При отсутствии добавочных полюсов в маши­нах малой мощности отношение можно выбивать в пределах 0,8—1,25. Принятое значение ширины щетки округляется до ближайшего стандартного размера . При выборе ширины зоны коммутации следует иметь в виду что увеличение ширины зоны коммутации приводит к сокращению чис­ла проводников якоря, участвующих в создании электромагнитного момента, что влечет увеличение тока в якоре и ухудшение условий коммутации. Поэтому желательно, чтобы щетки перекрывали не более двух-трех коллекторных пластин. Контактная площадь всех щеток, м², , где — плотность тока в щеточном контакте, А/см². Контактная площадь щеток одного бракета (щеточного болта) . По таблице выбирают длину одной щетки, определяют пло­щадь щеточного контакта одной щетки и рассчитывают число щеток на один щеточный болт: . По выбранным размерам щеток и определяют фактиче­ски контактную площадь и уточняют плотность тока в щеточном контакте . Активная длина коллектора при шахматном расположении ще­ток по длине коллектора, м, , где — длина щетки, м.