В генератороном (г) и двигательном (д) режимах
Если машина снабжена компенсационной обмоткой, то МДС добавочных полюсов следует уменьшить на величину МДС компенсационной обмотки FK0. Обычно в компенсированных машинах постоянного тока МДС добавочных полюсов на 15-30% больше МДС якоря.
Если МДС добавочных полюсов сделать больше требуемого значения [см. (27.19)], то ЭДС вращения еврстанет больше реактивной ЭДС. В этом случае суммарная ЭДСΣеизменит свои знак, а добавочный ток коммутации - свое направление на противоположное по сравнению с тем, какое он имел при криволинейной замедленной коммутации (см. рис. 27.4,6, кривая 2).
График изменения результирующего тока коммутации i2 = ia + iдв этом случае принимает вид, представленный на рис. 27.8, т. е. коммутация становитсякриволинейной ускоренной, так как ток в коммутирующей секции достигает нулевого значения за времяТ<0,5Тк(точкаb). Для криволинейной ускоренной коммутации характерно повышение плотности тока под набегающим краем щетки (см. рис. 27.6, б). Объясняется это тем, что при этом виде коммутации площадь соприкосновения пластины 2 со щеткой нарастает медленнее, чем увеличивается ток / i2 = ia + iд. Наибольшее значение плотности токаj2' ≡tgα'2соответствует началу периода коммутации(t≈0).
При значительных нагрузках это может привести к искрению под набегающим краем щетки. Это объясняется тем, что при ускоренной коммутации выход сбегающей пластины из-под щетки происходит с разрывом цепи добавочного тока коммутации, который имеет направление, противоположное току замедленной коммутации.
Рис. 27.8. График тока криволинейной ускоренной коммутации
Для обеспечения компенсации реактивной ЭДС при различных нагрузках машины обмотку добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря. В этом случае МДС добавочных полюсов Fa при различных нагрузках машины изменяется пропорционально току якоряIа, т.е. пропорционально МДС якоряFa.
Полярность добавочного полюса в генераторе должна быть такой же, как и у следующего по направлению вращения главного полюса, а в двигателе - как у предшествующего полюса (рис. 27.9).
Рис. 27.9. Полярность добавочных полюсов Рис. 27.10. График изменения ЭДС
при работе машины в генераторном и в коммутирующей секции
двигательном режимах в зависимости от тока нагрузки
Добавочные полюсы обеспечивают удовлетворительную коммутацию в машине только в пределах номинальной нагрузки. При перегрузке машины происходит насыщение магнитной цепи добавочных полюсов. В этом случае реактивная ЭДС еризменяется пропорционально току нагрузки,aрост ЭДС внешнего поля из-за насыщения магнитной цепи несколько задерживается (рис. 27.10). В результате в коммутирующей секции появляется суммарная ЭДСΣе = ер-ек, т.е. коммутация становится замедленной. Насыщению сердечников добавочных полюсов способствует магнитный поток рассеянияФдσ, замыкающийся через сердечники смежных главных полюсов и станину (рис. 27.11). В целях уменьшения магнитного потока рассеяния, а, следовательно, обеспечения более линейной зависимости потока добавочных полюсов от тока нагрузки воздушный зазор добавочного полюсаδдразделяют на два: один - между сердечником полюса и якоремδд1, а другой - между сердечником полюса и станинойδд2(см. рис. 27.7). В этом случае зазорδд2ограничит значение потокаФдσ. Зазорδд2создается пакетом немагнитных прокладок, закладываемых между сердечником полюса и станиной.
Рис. 27.11. К понятию о потоке рассеяния добавочных полюсов
Получение коммутирующего поля смещением щеток.В машинах постоянного тока мощностью до 1 кВт, выполняемых без добавочных полюсов, коммутирующее поле в зоне коммутации создается смещением щеток с геометрической нейтрали.
Если щетки установлены на геометрической нейтрали (рис. 27.12, а), то поперечное магнитное поле якоря с магнитной индукцией Вaqсоздает в зоне коммутации индукциюВк(рис. 27.12, б). В результате в коммутирующих секциях наводится ЭДС вращенияевр, направленная согласованно с реактивной ЭДСер и способствующая замедленной коммутации.
Рис. 27.12. Создание коммутирующего поля сдвигом щеток
При сдвиге щеток на физическую нейтраль mm'коммутирующее поле с индукциейВкисчезает и ЭДС вращенияевр= 0. При этом коммутирующих секциях наводится лишь реактивная ЭДСер. Если же щетки сдвинуть на угол β, т.е. за физическую нейтральmm' (линияcc'), то коммутирующее поле с индукциейВк'изменит свое направление относительно направления при положении щеток на геометрической нейтрали. Это поле будет наводить в коммутирующих секциях ЭДС вращения, равную реактивной ЭДС и противоположную ей по направлению (евр- ер = 0), т.е. реактивная ЭДС окажется скомпенсированной и коммутация станет прямолинейной (идеальной). Для получения необходимого эффекта щетки следует смещать в направлении вращения якоря у генераторов или против вращения якоря у двигателей.
Описанный способ улучшения коммутации имеет следующие недостатки:
а) коммутирующее поле изменяется не пропорционально нагрузке машины, что исключает полную компенсацию реактивной ЭДС во всем диапазоне нагрузок, так как для этого пришлось бы при каждом изменении нагрузки менять положение щеток (обычно щетки устанавливают в фиксированное положение, соответствующее полной компенсации реактивной ЭДС при номинальной нагрузке);
б) при смещении щеток с геометрической нейтрали усиливается размагничивающее действие реакции якоря (см. рис. 26.5);
в) для реверсируемых машин смещение щеток с геометрической нейтрали недопустимо, так как требуемое направление смещения физической нейтрали меняется с изменением направления вращения якоря.