lekcii

тільки від х колекторних ділень між початком і кінцем одного обходу по колу колектора.

Зрівняльні з'єднання.

Звернемося до мал. де приведені схеми простої петлевої обмотки і її паралельних гілок. При різних потоках окремих магнітних ланцюгів э.д.с. паралельних гілок будуть неоднакові. Відмінність потоків може бути викликана ексцентричним положенням якоря відносно полюсів, раковинами, що виходять при відливанні станини. Припустимо, наприклад, що э.д.с. верхньої гілки на мал. 5- 13 більше э.д.с. третьої (згори) гілки. Тоді в контурі, що складається з цих гілок, правих і лівих щіток і сполучних провідників між ними, проходитиме зрівняльний (постійний) струм, причому він матиме велике значення, навіть при невеликій відмінності э.д.с. гілок обмотки. В результаті верхні щітки матимуть надмірне навантаження, що може викликати іскріння під цими щітками.

Для того, щоб зменшити зрівняльні струми, що проходять через щітки, влаштовують зрівняльні з'єднання. Вони є провідники, що сполучають один з одним точки обмотки з теоретично рівними потенціалами, т. е. ті точки обмотки, які мали б рівні потенціали, якби були дотримані усі умови симетрії. На мал. 5-12 і 5-13 показані пунктиром чотири групи зрівняльних з'єднань (кожна група є з'єднанням а "равнопотенциальных" точок). Для реальних обмоток роблять зазвичай 6-12 груп зрівняльних з'єднань. Тільки для обмоток швидкохідних машин, таких, наприклад, як збудники до потужних турбогенераторів, часто роблять повне можливе число груп зрівняльних з'єднань, рівне До/а.

За наявності зрівняльних з'єднань зрівняльні струми проходитимуть головним чином по цих з'єднаннях. Струми будуть змінними. Вони утворюють багатофазну систему і, отже, створять н.с., що обертається з такою ж швидкістю, з якою обертається якір, але в протилежну сторону. Ця н.с. відносно полюсів буде нерухомою і згідно із законом Ленца вирівнюватиме потоки під полюсами. Тим самим майже повністю усуватиметься причина, що викликає зрівняльні струми через щітки.

При простій хвилевій обмотці не можна виконати зрівняльні з'єднання, але їх тут не потрібно, оскільки секції будь-якої паралельної гілки цієї обмотки розташовуються під усіма полюсами і нерівність окремих потоків однаковою мірою позначається на э.д.с. обох паралельних гілок.

Рівняння ЭДС, моменту

На мал. представлена крива поля машини при холостому ході (чи крива розподілу індукції У в повітряному проміжку уздовж кола якоря). Припустимо, що щітки коштують на геометричній нейтралі. Тоді можемо вважати, що при y1

21

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

= t усі провідники однієї паралельної гілки обмотки знаходяться як би під одним полюсом, оскільки в цьому випадку э.д.с. сторін витка складаються арифметично.

Електрорушійна сила, що наводиться в провіднику, що рухається із швидкістю v і має активну довжину l, рівна:

ex = Bxlv,

де Вх— індукція в тій точці, де в даний момент знаходиться провідник. Для визначення э.д.с. паралельної гілки Еa (э.д.с. якорі) треба підсумува-

ти э.д.с. усіх N/2a провідників, що становлять паралельну гілку (N — загальне число провідників обмотки якоря) :

.

Суму індукцій в правій частині формули з великою точністю можна замінити твором середньої індукції Вср і числа N/2a:

Підставляючи в і знайдене значення суми індукцій, а також враховуючи,

що

,

отримаємо шукану формулу для э.д.с.:

,

де Ф — магнітний потік, В с.

Відмітимо, що під Ф у формулі слід розуміти магнітний потік, визначуваний площею фігури, обмеженої кривою поля, віссю абсцис і лініями, проведеними через щітки Якщо щітки змістити з геометричної нейтралі, то э.д.с. в паралельній гілці зменшиться відповідно до зменшення потоку Ф, оскільки останній тепер визначатиметься різницею площ А і В

22

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Мал. Крива поля і наведення э.д.с. в паралельній гілці обмотки якоря.

Контрольні питання

1.За яким принципом виконується обмотка якоря машини постійного

струму?

2.Як отримати просту петлеву обмотку?

3.Як отримати складну петлеву обмотку?

4.Як отримати просту хвилеву обмотку?

5.Як отримати складну хвилеву обмотку?

6.Для чого виконують складні обмотки?

7.Якими кроками характеризується обмотка?

8.Призначення зрівняльних з'єднань

9.Коли наводиться ЭДС в генераторі і чому вона дорівнює?

10.Навіщо роблять укорочення кроку?

23

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Лекція 4 Тема: 1.3 Магнітне поле і комутація машини постійного струму.

План

1.Конструкція магнітопровода

2.Реакція якоря

3.Комутація в машинах постійного струму

Магнітний ланцюг На мал. зображений магнітний ланцюг машини постійного струму. Розрахунок її полягає у визначенні н.с., необхідною для створення в повітряному проміжку машини магнітного потоку, що може навести в обмотці якоря задану э.д.с.

Мал. . Магнітний ланцюг машини постійного струму.

Картина розподілу магнітного поля в машині в межах її сектора АОВ (мал. 5-21) для усіх подібних секторів однакова. Тому для визначення н.с., що створює магнітний потік, досить обмежитися розрахунком магнітного поля в межах одного сектора, т. е. в межах однієї пари полюсів. Позначимо шукану н.с. через Fцепи. Вона, як вказувалося, для замкнутого контура магнітної лінії (показана жирним пунктиром на мал.

Реакція якоря

В процесі роботи двигуна обмотки збудження і якоря створюють магнітні поля. Результуюче магнітне поле двигуна можна розглядати як суму двохмагнітних полів. При ідеальному холостому ході, коли струм якоря, в двигуні діє тільки МДС обмотки збудження FB, яка створює магнітне поле, симетричне розподілене відносно осі полюсів. Графік розподілу магнітної індукції в проміжку є трапецеїдальною кривою (рис.6.16, а). Якщо двигун навантажити, то по

обмотці якоря потече струм і з'явитися МДС якоря Fa, вектор якої нерухомий і

24

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

спрямований перпендикулярно осі полюсів. МДС створює магнітне поле якоря (мал. 6.16, б). Якщо щітки двигуна розташовані на геометричній нейтралові пп', то вектор МДС Fа спрямований по геометричній нейтральній, т. е. по поперечній осі двигуна. На мал. 6. 16, би показаний також графік розподілу магнітної індукції поля якоря в проміжку. Сердечник якоря намагнічується, і його ділянки, розташовані по геометричній нейтралові, придбаває полярність Na і Sa. Зменшення магнітної індукції поля якоря по геометричній нейтралові (в точках п і п') пояснюється різким збільшенням повітряного проміжку в міжполюсному просторі двигуна.

У реальних умовах роботи з навантаженням в двигуні одночасно діють МДС Fв і Fа, які створюють результуюче поле двигуна.

Дію магнітного поля якоря на магнітне поле збудження називають реакцією якоря.

З порівняння картин магнітного поля і графіків розподілу магнітної індукції в проміжку для режимів ідеального холостого ходу і навантаження (рис.6.16, в) витікає, що реакція якоря спотворює магнітне поле двигуна. Фізична нейтраль тт' результуючого магнітного поля зміщується на кут а відносно геометричній нейтралі пп'. Тому в точках п і п' магнітною індукція відрізняється від нуля і тому в стронах секцій обмотки якоря при їх переході через геометричну нейтраль наводиться ЭДС обертання, евр дія якої порушує роботу щіткового контакту, викликаючи іскріння (см .№6.5).Спотворення магнітного поля двигуна призводить до того, що одні краї полюсних наконечників і розташовані під ними зубці якоря подмагничиваются, а інші - розмагнічуються. Але оскільки магнітна система двигунів насичена, подмагничивание одних країв полюсних наконечників і ділянки зубців ого шару якоря обмежується, а розмагнічування інших країв полюсних наконечників не обмежується. У результаті реакція якоря викликає деяке зменшення результуючого магнітного потоку, т. е. розмагнічування двигуна.

Вплив реакції якоря на результуючий магнітний потік залежить також

25

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

від положення щіток. Коли щітки знаходяться на геометричній нейтралі, МДС якоря Fa спрямована по поперечній осі і в двигуні має місце поперечна реакція якоря. Якщо щітки змістити з геометричної нейтралі проти напряму обертання якоря, розмагнічуюча дія реакції якоря посилиться.

Це пояснюється тим, що одночасно зі зміщенням щіток на кут β змінюється напрям МДС якоря Fa. При цьому МДС якоря окрім поперечної складової придбаває ще і подовжню складову спрямовану по осі полюсів зустрічно МДС обмотки збудження FB, що приведе до деякого подмагничиванию двигуна. Але таке зміщення неприпустимо, оскільки викликає надмірне збільшення магнітної індукції Вк в зоні перемикання струму в секціях обмотки якоря (у зоні комутації)

Шкідливий вплив реакції якоря проявляється також в тому, що в моменти проходження провідників обмотки якоря через зони підмагнічених країв полюсних наконечників в провідниках збільшується ЭДС. Напруга між суміжними колекторними пластинами, до яких підключені ці провідники, може перевищити допустимі межі 25 - 30 В, що може викликати іонізацію простору між колекторними пластинами і виникнення електричної дуги на колекторі. Описане явище називається «Круговий вогонь», вони дуже небезпечно для електродвигуна.

Таким чином, шкідливий вплив реакції якоря в двигунах постійного струму полягає в наступному: зменшується основний магнітний потік Ф, що може привести до порушення стійкої роботи двигуна за рахунок росту частоти обертання якоря при збільшенні навантаження [см (6.7)], спотворюється результуюче магнітне поле двигуна, що викликає появу на геометричній нейтралові (у зоні комутації) магнітної індукції Вк і може викликати порушення роботи щіткового контакту і привести до неприпустимого іскріння на колекторі, підвищується напруга між суміжними колекторними пластинами, що може привести до появи «кругового вогню».

Чим менше номінальна потужність колекторного двигуна, тим слабкіше проявляються небажані наслідки реакції якоря. Тому в двигунах малої потужності (менш 1кВт) не застосовують спеціальних заходів по послабленню реакції якоря. Проте при аналізі роботі колекторних двигунів наслідку явища реакції якоря необхідно.

Комутація

Загальні відомості.

Під комутацією у власному значенні цього слова розуміють перемикання

26

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

секції з однієї гілки обмотки якоря в іншу і зміну струму, що відбувається при цьому, в ній з одного напряму на інший. Процеси, що виникають при цьому в секції і під щіткою, називаються комутаційними процесами. Їх дослідження є важливим завданням, оскільки від її правильного рішення великою мірою залежить надійність роботи колекторної машини.

Під комутацією в широкому значенні слова розуміються усі явища і процеси, що виникають під щіткою при роботі машини. Говорять, що у машини хороша комутація, якщо немає іскріння під щітками, і погана комутація, якщо під щітками виникає іскріння.

Іскріння щіток викликається різними причинами. Воно може бути обумовлене механічними несправностями: "еліпсною" колектора, поганим стягуванням його пластинів, шорсткістю його поверхні, выступанием в окремих місцях слюди над колекторними пластинами, тремтінням щіткотримачів, щіткових болтів, траверси і ін.

При вказаних несправностях в окремі моменти часу порушуватиметься контакт щітки з колектором і відбуватися розрив ланцюга із струмом, що і призводить до іскріння.

Неправильно підібрані щітки, надмірне або занадто слабке натиснення щіток на колектор, неправильне їх розставляння по колектору також можуть послужити причинами іскріння під щітками.

Сучасні способи виготовлення колектора і усієї щіткової апаратури дозволяють отримати ці частини машини цілком надійними і задовільно працюючими відносно комутації.

Комутаційні процеси відрізняються великою складністю, оскільки вони протікають під впливом численних чинників. Їх теоретичне дослідження зустрічає великі утруднення і можливо тільки при ряду допущень. Тому тут важливе значення мають правильно і ретельно поставлені експерименти.

Багато далечіні для розуміння комутаційних процесів теоретичні і особливо експериментальні роботи академіка До. І. Шенфера, проф. В. Т. Касьянова і інших радянських учених.

Утруднення зазвичай виникають при вирішенні питань, пов'язаних з комутацією в швидкохідних потужних машинах [якщо твір потужності на швидкість обертання близько до граничних значень: Р n«(2,5÷3,5) 106 кВт про/мін]. Проте нині виводи теорії і головним чином великий досвід, накопичений вітчизняними заводами, дозволяють і для таких машин ці питання вирішувати цілком задовільно.

Розглянемо спочатку зміну струму в секції обмотки якоря при його обер-

27

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

танні. Воно представлене кривій на рис Коли секція знаходиться в одній паралельній гілці, то за час проходження нею полюсного ділення струм в ній зберігає своє значення

Рис. Зміна струму в секції за час проходження нею двох полюсних ді-

лень.

Під час переходу секції в іншу паралельну гілку струм в ній швидко змінюється з одного напряму на інший за час Тк замикання її щіткою і далі має те ж значення ia, поки секція не буде знову замкнута тіткою. Час Тк називається періодом комутації. Зазвичай воно складає тисячні частки секунди. Вид кривої зміни струму в секції (мал. 5-27) пояснюється тим, що струм в ній, поки вона не замкнута щіткою, створюється постійною э.д.с. Еа усієї паралельної гілки, а не э.д.с. однієї секції.

Звернемося до мал. 5-28, де зображена секція простої петлевої обмотки, замкнута щіткою. Нехтуватимемо завтовшки ізоляційного прошарку між колекторними пластинами і приймемо, що ширина щітки дорівнює ширині колекторної пластини.

Мал. Комутована секція.

Секція, замкнута щіткою, називається комутованою секцією.

В мить, коли набігаючий край щітки отримає зіткнення з пластиною 2, маємо початок комутації.

Способи поліпшення комутації. Додаткові полюсы.

Таким чином, струм комутації i можна вважати таким, що складається із струму прямолінійної комутації iпр і додаткового струму iдоб, що накладається на нього.

28

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Способи поліпшення комутації засновані на зменшенні додаткового струму iдоб. Його ми можемо зменшити, збільшуючи r1 + r2, що досягається вибором щіток.

Чим більше очікувана результуюча э.д.с. Sе, тим твердішими мають бути щітки, оскільки вони створюють в перехідному контакті відносно велике опір. Для невеликих машин низької напруги беруть м'які (графітні) щітки. Від правильного вибору щіток і від їх якості великою мірою залежить комутація. Кращими вважаються электро-графитированные щітки, отримані шляхом відпалу вугілля в електропечах.

Число витків обмотки додаткових полюсів має бути так вибране, щоб її н.с. не лише компенсувала поперечної н.с. якорі, але і мала деякий надлишок, необхідний для створення в комутаційній зоні належного поля.

Ми спочатку прийняли ширину щітки рівній ширині колекторної пластини. Насправді щітка береться ширше за колекторну пластину в 2-4 рази (при простих хвилевих обмотках в 2-2,7 разу; при простих петлевих обмотках в 3-4 рази), що дає краще використання колектора і покращує комутацію.

Ширина щітки не має бути занадто великою, оскільки це може привести до надмірного розширення комутаційної зони.

При роботі машини постійного струму може утворитися круговий вогонь на колекторі, під яким розуміється електрична дуга, що охоплює частину або увесь колектор по його циліндричній поверхні. Явище кругового вогню на колекторі детально досліджувалося в Радянському Союзі До. І Шенфером, О. б. Броном, В. С. Александровим, А. І. Москвитиным та ін. Дослідження дозволили виявити причини цього складного явища. Воно може виникнути при перевантаженнях машини. В цьому випадку сильно спотворюється поле під головними полюсами із-за поперечної реакції якоря (додаткові полюсы компенсують реакцію якоря тільки в комутаційній зоні). В результаті зростають максимальна індукція в повітряному проміжку і пропорційне цій індукції максимальна напруга Uк.м між сусідніми колекторними пластинами.

Якщо при цьому поверхня колектора забруднена і він оточений повітрям, іонізованим внаслідок іскріння під щітками, то створюються умови для утворення невеликих електричних дуг між пластинами, які надалі можуть перейти в стійку потужну дугу. Така дуга небезпечна для машини і може привести до серйозних ушкоджень. У машинах невеликої і середньої потужності нормального виконання утворення кругового вогню на колекторі спостерігається украй рідко. Це явище не слід змішувати з явищем кругового іскріння, яке зазвичай не завдає великої шкоди машині, проте вимагає частішого чищення колектора і

29

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

призводить до швидшого зносу щіток і колектора.

Для запобігання круговому вогню на колекторі треба мати достатнє число колекторних пластинів на полюсне ділення, щоб напруга між сусідніми колекторними пластинами не була занадто великою. У потужних машинах, працюючих з великими перевантаженнями (наприклад, двигуни для великих прокатних станів), крім того, треба застосувати компенсаційну обмотку, щоб не було спотворення поля під головними полюсами. Провідники компенсаційної обмотки, яка з'єднується послідовно з обмоткою якоря, закладаються в пази полюсних наконечників. Вона при цьому компенсує поперечну реакцію якоря під головними полюсами при усіх навантаженнях машини.

Компенсаційна обмотка зазвичай застосовується для потужних і швидкохідних машин при потужності на один полюс понад 80-100 кВт, при U>400 В, якщо машина піддається перевантаженням понад 120% і якщо eR>6 В. Застосування її для нормальних машин стає економічно доцільним при потужностях понад 900 кВт, навіть якщо вказані умови відсутні

Контрольні питання

1.У чому полягає розрахунок магнітного ланцюга?

2.Коли виникає подовжня реакція якоря, що намагнічує?

3.Коли виникає подовжня розмагнічуюча реакція якоря?

4.Коли виникає поперечна реакція якоря?

5.Який процес називається комутацією?

6.Назвіть механічні причини іскріння щіток на колекторі?

7.Назвіть електромагнітні причини іскріння щіток на колекторі?

8.Назвіть потенційні причини іскріння щіток на колекторі?

9.Поясніть методи поліпшення комутації

10.Причини і методи усунення кругового вогню по колектору?

Лекція 5 Тема: 1.5 Генераторів постійного струму незалежного збудження

План

1.Класифікація. Способи збудження

2.Характеристики генератора з незалежним збудженням

3.Процес самозбудження

Класифікація генераторів за способом збудження.

Залежно від способу збудження основного магнітного поля машини роз-

30

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com