§ 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока

Для работы электрической машины необходимо наличие магнит­ного поля. В большинстве машин постоянного тока это поле созда­ется обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током. Свойства машин постоянного тока в значительной степени определяются спо­собом включения обмотки возбуждения, т. е. способом возбужде­ния.

По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:

машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от источни­ка, электрически не связанного с обмоткой якоря (рис. 26.8, а);

м а ш и н ы параллельного возбуждения, в которых: обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно (рис. 26.8, б);

машины последовательного возбуждения, в ко­торых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последова­тельно (рис. 26.8, в);

машины смешанного возбуждения, в которых име­ются две обмотки возбуждения — параллельная ОВ1 и последова­тельная ОВ2 (рис. 26.8, г);

Рис. 26.8. Способы возбуждения электрических ма­шин постоянного тока

машины с возбуждением постоянными магни­тами (рис. 26.8, д).

Все указанные машины (кроме последних) относятся к маши­нам с электромагнитным возбуждением, так как маг­нитное поле в них создается электрическим током, проходящим в обмотке возбуждения.

Начала и концы обмоток машин постоянного тока согласно ГОСТу обозначаются: обмотка якоря — Я1 и Я2, обмотка добавоч­ных полюсов — Д1 и Д2, компенсационная обмотка — К1 и К2, об­мотка возбуждения независимая — Ml и М2, обмотка возбуждения параллельная (шунтовая) — Ш1 и Ш2, обмотка возбуждения по­следовательная (сериесная) —С1 и С2.

Глава 27. Коммутация в машинах постоянного тока

§ 27.1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор обра­зуют скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по> величине рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка прилегает к коллектору не всей поверхностью, то возникают чрезмерные местные плотно­сти тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и коммутационные.

Механические причины искрения — слабое давление щеток: на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание ми-канитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепле­ние траверсы, пальцев или щеткодержателей, а также другие при­чины, вызывающие нарушение электрического контакта между щет­кой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появляются при возник­новении напряжения между смежными коллекторными пластина­ми, превышающего допустимое значение (см. § 25.5). В этом слу­чае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационные причины искрения создаются физически­ми процессами, происходящими в машине при переходе секций об­мотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяс­нение причин искрения следует начинать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труднее обнаружить и устранить коммутационные причины искре­ния.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраивают тем­ную коммутацию, исключающую какое-либо искрение. Однако в процессе эксплуатации машины, по мере износа коллектора и ще­ток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно мо­жет быть значительным и опасным, тогда машину необходимо оста­новить для выяснения и устранения причин искрения. Однако не­большое искрение в машинах общего применения обычно допусти­мо. Искрение на коллекторе машины оценивают по степени искрения под сбегающим краем щетки по шкале (табл. 27.1).

Степень искрения (класс коммутации) коллекторных машин должна быть указана в стандартах на отдельные типы машин, а при отсутствии стандартов — в технических условиях на эти маши­ны. Если же степень искрения в технической документации не ого­ворена, то при номинальной нагрузке машины она не должна пре­вышать . Искрение на коллекторе создает помехи радиоприему,что приводит к необходимости принимать специальные меры к их подавлению (см. § 27.6).

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на другую (на­бегающую) сопровождается переключением секции обмотки из од­ной параллельной ветви в другую и изменением как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие его яв­ления называются коммутацией. Секция, в которой происходит ком­мутация, называется коммутирующей, а продолжительность процес­са коммутации — периодом коммутации:

Т_к=(60/Кп) (b_щ/b_к),

где b_щ — ширина щетки; К — число коллекторных пластин; п — частота вращения якоря, об/мин; b_к— расстояние между середина­ми соседних коллекторных пластин (коллекторное деление).

Таблица 27.1

Степень искрения	Характеристика степени искрения	Состояние коллектора и щеток
1	Отсутствие искрения (темная коммутация)	Отсутствие почернения на кол-
	Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки	лекторе и нагара на щетках
	Слабое искрение под большей частью щетки	Появление следов почернения на коллекторе, легко устраняемых протиранием поверхности коллек­тора бензином, а также следов на­гара на щетках
2	Искрение под всем краем щет­ки. Допускается только при крат­ковременных толчках нагрузки и перегрузке	Появление следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллек­тора бензином, а также следов нагара на щетках
3	Значительное искрение под всем краем щетки с наличием вылетаю­щих искр. Допускается только для моментов прямого (без реостатных ступеней) включения или ревер­сирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальней­шей работы	Значительное почернение на кол­лекторе, не устраняемое протира­нием поверхности коллектора бен­зином, а также подгар и разруше­ние щеток

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают^ что ширина щетки равна коллекторному делению; щетки располо­жены на геометрической нейтрали; электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по сравнению с сопротивлением переходного контакта «щетка — кол­лектор» пренебрежимо мало (обычно такое соотношение указанных сопротивлений соответствует действительности).

Рис. 27.1. Переключение коммутирующей секции из одной параллельной ветви в другую

В начальный момент коммутации (рис. 27.1, а) контактная по­верхность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней равен i_a. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на сме­ну ей набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней постепенно уменьшает­ся. В середине процесса коммутации (t=0,5T_к) контактная поверх­ность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рис. 27.1, б). В конце коммутации (t=T_K) щетка полностью пере­ходит на пластину 2 и теряет контакт с пластиной 1 (рис. 27.1, в), а ток в коммутирующей секции становится равным —i_a, т. е. по зна­чению таким же, что и в начале коммутации, а по направлению — противоположным. При этом коммутирующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.