книги из ГПНТБ / Лившиц, П. С. Скользящий контакт электрических машин (свойства, характеристики, эксплуатация)

й износа. Происходит это потому, что три последние ха­ рактеристики определяются природой электрощеточного материала, состоянием среды и такими параметрами электрических машин, которые могут быть названы внешними (материал и состояние рабочих поверхностей коллекторов и контактных колец, окружная скорость и т. п.) Характеристика коммутирующей способности, помимо перечисленных факторов, зависит еще от обмо­ точных данных, настройки полюсов и ряда других пара­ метров, которые могут быть названы для машин вну­ тренними.

Критерии для оценки коммутирующих свойств сколь­ зящего контакта установлены ГОСТ 183-66, в соответст­ вии с которым степени искрения на коллекторах опреде­ ляются следующим образом:

Т а б л и ц а 6-1

90

ного процесса, и определяется следующим образом:

и произведя простейшие преобразования, удается полу­

мутируемой секции и исследовать влияние на него раз­ личных параметров машины. Это исследование показы­ вает также, что полный ток может рассматриваться со­ стоящим из тока, определяемого нагрузкой машины, и токов, создаваемых э. д. с, наводимыми в контуре обмо­

ча расчетчика машины состоит, как известно, в том, что­

где ер — реактивная э. д. с.

Способы вычисления реактивной э. д. с. разрабатыва­ лись многими авторами. В практике заводов отечествен­ ной электропромышленности для указанной цели приме­ няют формулы, выбираемые исходя из размеров маши­ ны. При расчете малых и средних машин пользуются приближенной формулой Пихельмайера:

Рассчитывая крупные машины, применяют уточнен­ ную формулу Рихтера в интерпретации Цорна, записы­ ваемую следующим образом:

92

ны секции, состоящей из одного витка, по которому про­ ходит ток / а ) ; Яп — средний единичный коэффициент са­ моиндукции и взаимной индукции; А,к — единичный коэф­ фициент проводимости по коронкам зубцов; ЯЛоб — сум­ ма коэффициентов магнитной проводимости по лобовым

находящихся в пазу, укорочения обмотки и представляю­ щая собою число высот сумм едничных средних коэффи­

Использование положений классической теории ком­ мутации дает результаты, далеко не всегда совпадающие с данными практики. Еще одним недостатком рассма­ триваемой теории является ее неспособность осуществить расчет коммутации в случае, когда электрощетка пере­ крывает несколько коллекторных пластин. Перечислен­ ные обстоятельства привели к тому, что с 1923—1926 гг. в печати начали публиковаться различные предложения по совершенствованию теории коммутационного 'процес­

рассматриваемого вопроса переместился в нашу страну, где они получили широкое развитие. Одним из первых

О. Г. Вегнер; считавший постоянным в скользящем кон­ такте не сопротивление, а переходное падение напряже­ ния A.U=const. Дифференциальное уравнение коммути­ руемого контура в этом случае приобрело вид:

(6-10)

его решение относительно тока коммутируемой секции будет зависеть от соотношения токов i и ia. В случае, когда — ia<.i^ia, a AUn и ДС/С направлены в разные сто­ роны и взаимно уничтожаются, искомое решение будет:

Важным элементом в теории коммутации О. Г. Вегнера явилось сформулированное им условие завершения процесса коммутации «ступенью малого тока», при кото­ ром, начиная с некоторого момента i<T до момента t =

— Т, сбегающий край электрощетки токовой нагрузки яе несет.

Другие попытки улучшить теорию коммутации при­ надлежат И. С. Елохину, Б. К. Туру и А. И. Скороспешкину. И. С. Елохин полагает, что сопротивления набегаю­ щего и сбегающего краев электрощетки изменяются не плавно в функции времени, как это предположено фор­ мулами (6-2) и (6-3), а остаются в течение всего периода коммутации практически постоянными, не зависящими от поверхности соприкосновения с коллекторной пластиной ('н=, ''с'=const). Б. К. Тур осуществил попытку рассмо­ трения уравнения коммутируемого контура путем аппроксимации переходного контактного сопротивления по вольт-амперной характеристике скользящего контак­ та, причем распределение тока в различных частях элек­ трощетки принималось таким же, как и в классической теории коммутации. А. И. Скороспешкин воспользовался предположением о том, что сопротивление щеточного контакта при возрастании плотности тока уменьшается по закону прямой линии. А. С. Курбасов предпринял по­

94

Особенно много •исследований, посвященных уточнё-- нию и развитию теории коммутационного процесса, вы­ полнено М. Ф. Карасевым с сотрудниками. В указанных работах сформулирован ряд положений, касающихся различных аспектов проблемы коммутации машины по­ стоянного тока и скользящего электрического контакта. На основе вновь разработанных положений по-новому освещены причины искрения электрощеток, роль доба­ вочных полюсов, методы их расчета и многие другие во­ просы. В самое последнее время группа М. Ф. Карасева интенсивно развивает новую систему взглядов на комму­ тационный процесс, которую авторы называют теорией, оптимальной коммутации машин постоянного тока.. В основе этой теории лежит признание двойственного' характера скользящего контакта, проявляющегося в том,, что под набегающим краем электрощетки действует условие А[/ щ =const, а для ее сбегающего края справед­ ливо условие r 4 = const (Л. 6-1, 6-2]. Исходное уравнение оптимальной коммутации для случаев, подобных ранее

жение:

Величина коммутирующей э. д. с , необходимая для обеспечения оптимальной коммутации, находится из

95

где я — число членов степенного ряда, в который разло­ жена функция e~9t при интегрировании выражения (6-14).

Еще один способ решения дифференциального урав­ нения (6-13) состоит в том, что содержащиеся в нем чле­ ны г'0, гс и AUa аппроксимируются вольт-амперной ха­ рактеристикой скользящего контакта и образовавшаяся после этого новая форма уравнения решается методами численного интегрирования с использованием •средств вычислительной техники. Авторы описываемого способа, использовав вольт-амперную характеристику вида 2AU= =А arctg (Bj), преобразовали исходное уравнение (6-13) в уравнение

по совершенствованию теории коммутационных процес­ сов с несомненной очевидностью следует, что во всех без исключения случаях знание физических свойств скользя­ щего контакта является совершенно необходимым для управления теми параметрами электрических машин, ко­ торые ранее были названы внутренними. Вне зависимо­

висящих от машины параметров, и среди них такого, как природа электрощеточных материалов.

В самом деле, практика дает много примеров, указы­ вающих на то, что характер протекания коммутацион­ ного процесса на данной машине может изменяться вмес­ те со сменой марки установленных на ней электрощеток. Это послужило поводом для внесения целой серии пред­ ложений по оценке коммутирующих свойств собственно электрощеточных материалов. Одним из первых явилось предложение, связывающее свойства материалов с пере­

вместе со значением 2Д[/ (Л. 3-14]. Дальнейшим разви-

96

тием этой точки зрения явилось предложение, связываю­ щее коммутирующую способность с видом вольт-ампер­ ных характеристик электрощеточных материалов. В ча­ стности, О. Г. Вегнер [Л. 3-2] предлагал оценивать ком­ мутирующую способность электрощеток с помощью двух

3. Б. Вартанов на основе изучения вольт-амперных характеристик, снятых при различных значениях и дли­ тельности «мпульсов тока и изменяющейся площади скользящего контакта, предложил оценивать коммути­ рующие свойства электрощеток с помощью среднего зна­ чения разности падений напряжения на их сбегающем и набегающем краях:

А £ С Р = (Д[/С б —Д1/Н аб)/2.

Значения ДС/Сб и ДОнаб определяются по восходящей и нисходящей ветвям импульсной вольт-амперной харак­ теристики с учетом изменения площади соприкосновения электрощеток с коллектором. При Д£ С р=const, прене­ брегая величиной IRc и при t = T, разрываемый щеткой ток 3. Б. Вартанов вычисляет с помощью выражения

•^разр= 2/а—АЕ срТУ LCp.

Если /разр^О, то условием безыскровой коммутации по Вартанову будет: Д £ С р > 2 / а £ С р / 7 \

А. С. Констансов предлагал оценивать коммутирую­

аппарате, снабженном одной рабочей электрощеткой и катушками, имитирующими обмотки машины. А. П. Кучумов для аналогичной цели пользовался также спе­ циально сконструированным аппаратом, состоящим из контактных колец, к которым присоединены параллель­ ные ветви обмотки коммутируемой секции. Параметры последней могут изменяться в широких пределах. Варьи­

марок, А. П. Кучумов построил графики, подобные изо­ браженным на рис. 6-1. Находящиеся на этом графике

линии называются «порогом искрения». Они разделяют поле графика на две зоны: зону темной коммутации и зону искрения. Взаимное расположение порогов искре­ ния, 'полученных при испытании электрощеток различ­ ных марок, определяет относительную оценку их комму­ тирующих свойств.

М. Ф. Карасев дифференцировал понятие о коммути­ рующей способности электрощеток, связав его с двумя факторами: мехническим состоянием коллекторов -и злек-

тромагнитным состоянием машины. Для изучения влия­ ния последнего М. Ф. Карасев пользовался специальным аппаратом, состоящим из двухпластинчатого коллектора, вращающейся щеточной траверсы и коммутируемой сек­ ции с изменяющейся индуктивностью. В процессе про­ ведения экспериментов изменялись ток в цепи и индук­ тивность секции и определялось амплитудное значение возникавших в ней э. д. с. самоиндукции es. В результа­ те проведения опытов по описанной схеме удалось уста­ новить, что для электрощеток разных марок связь меж­ ду наблюдавшимися показателями имеет вид, показан­ ный на рис. 6-2. При этом также было замечено, что в момент, когда величина э. д. с. самоиндукции достига­ ет своего максимального значения еа=е&ыа.кс и перестает дальше изменяться, в скользящем контакте наступает искрение. Все описанные явления происходят при неко­ тором токе в цепи 1=1К, который для разных электроще-

98