1.4 Работа компенсационной обмотки

Рис7. Работа компенсационной обмотки

Компенсационная обмотка уложена в пазы сердечников главных полюсов и включается последовательно с якорной обмоткой ТЭД.

При таком включении направление тока в проводниках компенсационной обмотки, лежащих в сердечнике одного главного полюса встречно с направлением тока проводников обмотки якоря, лежащих под этим главным полюсом.

В результате компенсационная обмотка создает свой магнитный поток Ф_к, равный магнитному потоку якорной обмотки Ф_я, но направленный встречно ему (рис. 7). Тем самым компенсируется вся реакция якоря в двигателе.

Общий магнитный поток двигателя становится равномерным и при вращении якоря, во всех секциях ее обмотки будет наводиться одинаковая ЭДС. Междуламельное напряжение между соседними коллекторными пластинами будет одинаковым (не более 15 - 20 В), в результате чего не будет переброса дуги между соседними коллекторными пластинами и не будет кругового огня по коллектору.

1.5 Коммутация тэд

Коммутация в тяговом двигателе—это процесс переключения ком­мутируемой секции обмотки якоря из одной параллельной ветви обмотки якоря в другую параллельную ветвь. Этот процесс сопровождается изменением направления тока в коммутируемой секции (рис. 8).

Коммутируемая секция — это секция обмотки якоря, закороченная щеткой накоротко.

Рисунок 8. Коммутация ТЭД

В процессе коммутации в замкнутых накоротко секциях индуци­руется реактивная ЭДС, равная сумме ЭДС самоиндукции e_L и ЭДС взаимоиндукции е_м, так как обычно в процессе коммутации участву­ет несколько секций, одновременно замкнутых накоротко щетками. Эта реактивная ЭДС е_р = e_L + е_м, действуя в коммутируемой секции, сильно изменяет характер коммутации и вызывает образование доба­вочного тока, тока коммутации I_к. Плотность тока под щетками ста­новится неравномерной, увеличиваясь под сбегающими краями, что вызывает искрение, так как небольшая площадь электрического кон­такта между щеткой и сбегающей пластиной коллектора не может пропустить через себя значительный ток. Практически образуется искровой разряд между щеткой и сбегающей коллекторной пласти­ной. Тяговые двигатели обладают большой мощностью и работают при значительных частотах вращения, значит в коммутируемых сек­циях индуцируется значительная реактивная ЭДС е_р и неблагоприят­нее протекает процесс коммутации. Кроме того, при больших нагруз­ках из-за сдвига физической нейтрали относительно геометрической, расположенные на геометрической нейтрали коммутируемые секции оказываются в зоне действия магнитного потока, создаваемого то­ком якоря, поэтому при вращении якоря в них так же, как и в осталь­ных секциях, будут индуцироваться ЭДС, называемые ЭДС враще­ния е_вр. ЭДС вращения, созданная потоком якоря, ухудшает коммутацию, так как совпадает по направлению с реактивной ЭДС.

Основной причиной искрения в ТЭД является разрыв щетками остаточного тока, созданного в коммутируемой секции реактивной ЭДС е_р и ЭДС вращения е_вр от действия магнитного потока якоря.

Чтобы коммутация тяговых двигателей постоянного тока была хорошей, без искрения под щетками, необходимо, чтобы величи­на внутреннего тока в закороченной щетками коммутируемой секции была близкой к нулю, т.е.:

I_к ⁼ (e_L + е_м + е_вр)/(r_секц+ r_щетки) ≈0 ⁽⁶⁾

Следовательно, улучшение коммутации может быть осуществлено тремя путями:

1. уменьшением реактивной ЭДС;

2. компенсацией реактивной ЭДС и ЭДС вращения от магнитного потока якоря некоторой добавочной коммутирующей ЭДС;

3. уменьшением токов коммутации, путем увеличения сопротив­ления цепи коммутируемой секции.

Уменьшение реактивной ЭДС достигается путем уменьшения ин­дуктивности секции различными конструктивными методами. Все сек­ции делают одновитковыми, пазы якоря открытыми и не очень глубо­кими до 4,5÷5,5 см. Для выравнивания индуктивности всех секций, одну сторону каждой секции располагают в верхнем слое, а дру­гую — в нижнем. Реактивная ЭДС уменьшается также путем умень­шения ширины щетки, так как при этом уменьшается число одно­временно коммутируемых секций.

С целью компенсации реактивной ЭДС и ЭДС вращения от маг­нитного потока якоря применяют добавочные полюса, которые рас­полагают между главными полюсами на геометрической нейтрали, т.е. там, где находится коммутирующая секция, замкнутая щетками накоротко. Магнитный поток добавочных полюсов направлен про­тив магнитного потока якоря в коммутационной зоне и компенси­рует его, т.е. не будет индуцироваться ЭДС вращения. Кроме того, поток добавочных полюсов индуцирует в коммутируемых секциях ЭДС е_к, направленную против реактивной ЭДС е_р. Это и есть ком­мутирующая ЭДС. Для того чтобы поле добавочных полюсов авто­матически компенсировало ЭДС вращения при различных нагруз­ках, обмотку добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря, а их магнитную цепь делают ненасыщенной.

Третий путь улучшения коммутации направлен на увеличение сопро­тивления цепи коммутируемой секции. Для этого щетки выполняют элек-трографитированными с повышенным сопротивлением (до 0,01 Ом). Кроме этого щетки выполняют разрезными (вдоль), за счет чего примерно в 2 раза увеличивается их сопротивление для поперечно­го тока (для продольного тока якоря разрез вдоль щеток их сопро­тивления почти не увеличивает).

В результате этих мероприятий внутренний ток I_к в коммути­руемой секции будет близким к нулю и коммутация будет происхо­дить без искрения под щетками.

Для уменьшения искрения под щетками коллектор якоря дол­жен быть чистым, на щетки должно быть нормальное нажатие и должны быть выдержаны все размеры щеточного механизма.