Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Рисунок 3.7 – Діаграми комутації двигуна пульсуючого струму

Як компенсують постійну та змінну складові реактивної ЕРС в комутуючій секції двигуна пульсуючого струму?

Реактивна ЕРС не постійна, оскільки di може змінюватись в dt

межах

У проміжку між цими крайніми значеннями реактивна ЕРС змінюється згідно зі зміненням струму якоря. При пульсуючому живленні реактивну ЕРС ерпж можливо уявити, як:

ерпж ер ерп ,

де е р – постійна складова; ерп – змінна (пульсуюча) складова.

Окрім реактивної ЕРС, в комутуючих провідниках якірної обмотки наводиться також завдяки пульсації магнітного потоку головних полюсів трансформаторна ЕРС:

91

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Якщо врахувати тільки основну гармоніку пульсацій магнітного потоку, то

де – кут фазового зсуву складової магнітного потоку віднос-

но змінної складової струму.

Які особливості роботи додаткових полюсів у двигунах пульсуючого струму з литим та частково шихтованим остовом та осердям полюса?

Задача компенсації ЕРС комутації ерпж та еТ в тому, щоб ство-

рити в зоні комутації за допомогою додаткового полюса компенсуюче поле, спрямоване проти поля, яке зчеплене з комутуючими провідниками. Умовно можна вважати, що додаткові полюси повинні наводити в комутуючій секції ЕРС компенсації:

екпж ек екп ,

де ек – постійна складова, а екп – змінна (пульсуюча).

Умови повної компенсації для постійних та змінних складових

ек ер ; екп ерп еТ .

Звичайно виконання першої умови здійснюється тими ж методами, які викладені в розділі 2 для двигунів постійного струму. Виконання другої умови, тобто повної компенсації змінних складових ЕРС, складніше. Основні труднощі при цьому виникають у зв’язку з не синусоїдністю величин ерп , еТ , екп , великими фазовими зсувами між їх-

німи основними гармоніками, зменшенням екп внаслідок згладжування змінної складової компенсуючого потоку додаткового полюса Фкп . ЕРС еТ майже в протифазі до ерп , тобто

ерп ерп еТ .

Це дещо компенсує ЕРС комутації. Використанню еТ для компенсації ЕРС ерп перешкоджає різний характер їх змінення в залеж-

92

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

ності від частоти обертання двигуна n ( еТ не залежить від n, а ерп n ). Крім того, збільшення ЕРС еТ пов’язане з підвищенням

пульсаційних втрат у двигуні. Тому звичайно еТ мала й зростає лише

при збільшенні β до 0.97.

Якщо остов тягового двигуна та додаткові полюси не шихтовані, то змінна складова струму створює змінну складову МРС додаткового полюса, яка створює змінну складову потоку додаткового полюса ФДЗ та МРС вихрових струмів, яка зсунута за фазою відносно ФДЗ .

Змінна складова потоку ФДЗ складається з компенсуючого потоку в зоні комутації ФКП та змінної складової потоку розсіювання додаткового полюса ФДРЗ . Коефіцієнт розсіювання додаткового по-

люса значний і в машинах постійного струму. В машинах пульсуючого струму він ще більший для змінної складової потоку ФДРЗ . Тому

ФДРЗ ФКП й ФДП ФКП ФДРЗ .

Розподіл змінної складової індукції ВЗМ осердя додаткового полюса подано на рис. 3.8.

Рисунок 3.8 – Криві розподілу змінної складової індукції в суцільному 1 та шихтованому 2 осерді додаткового полюсу

Змінна складова магнітного поля в зоні комутації визначається

МРС FЗM , яка залежить від МРС FKЗ та МРС FРЯЗМ , створюваної реакцією якоря. Ця МРС:

93

при зменшенні вихрових струмів І ВИХРД в магнітному ланцюзі додат-

кових полюсів, тобто в їхніх осердях та остові тягового двигуна. Застосування шихтованих ділянок магнітопроводу зменшує згладжуючий вплив вихрових струмів. Застосування шихтованих осердь додаткових полюсів зменшує витиснення змінної складової магнітного потоку на їхню поверхню, тому зменшується потік розсіювання ФДРЗ .

Можливе також застосування шихтованих осердь додаткових полюсів та шихтованого остова. В обох цих випадках змінна залишкова ЕРС

еЗ еРЗ еТ еКЗ .

Змінна складова еЗ змінюється за модулем та фазою при змі-

ненні режимів роботи двигуна. На неї впливає не тільки насиченість магнітного ланцюга додаткових полюсів, але й змінення вихрових струмів окремих ланок магнітопроводу та змінної складової потоку розсіювання додаткового полюсу. Значенням еЗ досить часто оці-

нюють якість комутації тягових двигунів пульсуючого струму (рис. 3.9). Зі зменшенням вихрових струмів у сталевих ланках магнітопроводу двигуна, повніше компенсуються змінні складові ЕРС комутації в різних режимах роботи як при повному, так і при послабленому збудженні. Особливо суттєво впливають шихтовані осердя додаткових полюсів.

Найбільш ефективним заходом зменшення змінної складової залишкової ЕРС комутації еЗ є застосування компенсуючої обмотки. Магнітні потоки реакції якоря й компенсуючої обмотки проходять

94

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

через одні й ті ж ділянки магнітопроводу: якоря й осердя головного

FКОЗ у всіх режимах роботи двигуна протинапрямлені одна одній.

Рисунок 3.9 – Залежність ступеню іскріння від еЗ

Залишкова МРС реакції якоря:

даткові полюси не працюють, залишкова МРС, діюча в зоні комутації,

й не викликає неприпустимого іскріння навіть при не працюючих додаткових полюсах, оскільки частина цієї ЕРС компенсується дією трансформаторної ЕРС. При наявності компенсуючої обмотки для змінних складових МРС:

95

де F2 – МРС у зазорі між остовом та головним полюсом.

Звичайно для тягових двигунів пульсуючого струму з компенсаційними обмотками застосовуються лише шихтовані осердя додаткових полюсів, а необхідності виконувати шихтований остов немає. Досвід застосування компенсованих тягових двигунів пульсуючого струму повністю підтверджує їхні кращі комутаційні властивості у порівнянні з машинами без компенсаційних обмоток.

Як визначають змінну складову та залишкову змінну ЕРС кому-

тації?

При розрахунку комутації двигунів пульсуючого струму необхідно визначити змінну складову ЕРС комутації. Тому необхідно знайти змінну складову магнітного потоку додаткового полюсу в зоні комутації. В цьому випадку зручно користуватись схемою заміщення магнітного ланцюга додаткового полюса, запропонованою В. Е. Скобелєвим (рис. 3.10).

Рисунок 3.10 – Схема заміщення магнітного ланцюга додаткового полюсу

Для цієї схеми:

FДЗ wДП IkПІ ; FРЯЗ 0.5A kПІ ; FКОЗ 0.5Aко kПІ .

Магнітний опір повітряного зазору під додатковим полюсом:

96

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Магнітний опір зазору між додатковим полюсом та остовом:

Магнітний опір потоку розсіювання додаткового полюсу:

де LC – довжина середньої силової лінії магнітного потоку в остові в розрахунку на один полюс;

C– коефіцієнт, який залежить від постійної складової індукції

востові (рис. 3.11);

ψ– кут фазового зміщення МРС під впливом вихрових струмів.

Рисунок 3.11 – Залежності μп та С від індукції В

97

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

гнітопровідних ділянок остова вважають, що в шихтованій частині вихрові струми не виникають. Тому магнітний опір такої ділянки:

де hШ – середня товщина шихтованої частини; lШ – осьова ширина шихтованої вставки;

П – пульсаційна магнітна проникність.

При частково шихтованій магнітній системі загальний магнітний опір ZC1 залежить від магнітного опору нешихтованої частини

ZC та магнітного опору шихтованої частини RШ :

осердя. Якщо осердя полюса шихтоване, можна не враховувати вплив вихрових струмів, вважаючи Z Д RД :

вих полюсів мають таке ж шихтування, як осердя головних полюсів

люса від постійної складової магнітного потоку.

У відповідності зі схемою заміщення (рис. 3.9) складаються рівняння:

98

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Значення FКОЗ враховують лише для машин з компенсаційною обмоткою. За потоком ФКЗ знаходимо змінну складову індукції ВКЗ в зоні комутації:

гармоніки несинусоїдних величин складно. Тому в розрахунках враховують лише основну гармоніку, вводячи значні запаси на інші не враховані гармоніки. При розрахунку комутації тягових двигунів електрорухомого складу з випрямлячами величина еР 3.5 5В(без вра-

хування її компенсації). Оскільки щіткам таких двигунів доводиться працювати при збільшених струмах комутації, до них ставляться підвищені вимоги.

В тягових двигунах локомотивів змінного струму без компенсуючих обмоток звичайно найбільші значення еЗ виникають при

малих навантаженнях та ослабленому збудженні. В цих режимах ви-

99

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

никають найбільш несприятливі умови на колекторі, що підвищує ймовірність дугоутворення.

3.4 Особливості розподілу напруги по колу колектора

Які додаткові фактори впливають на потенціальні умови на колекторах тягових двигунів випрямних локомотивів?

Потенціальні умови на колекторах тягових двигунів випрямних локомотивів мають деякі особливості у порівнянні з потенціальними умовами двигунів локомотивів постійного струму у зв’язку з вплива-

ми додаткових факторів:

-трансформаторної ЕРС у витках якірної обмотки;

-пульсації реакції якоря й пов’язаного з нею пульсаційного спотворення розподілу індукції під головним полюсом;

-пульсації напруги на затискачах двигуна та якоря, а також індуктивних ЕРС, які наводяться в якірній обмотці;

-великої нестабільності напруги Uk.

Вплив цих факторів різний, але у сукупності вони значно ускладнюють потенціальні умови й інколи у зв’язку з великою ймовірністю дугоутворення можуть викликати навіть обмеження експлуатаційного використання локомотивів.

Як оцінюється вплив на потенціальні умови на колекторі трансформаторної ЕРС?

Визначаючи вплив трансформаторної ЕРС, розглянемо якірну обмотку з діаметральним кроком. Змінна складова магнітного потоку ФХЗ головного полюса, охоплена секцією з провідниками, розташованими на відстані Х від середини полюса (рис. 3.12):

x

де B З – змінна складова індукції під головним полюсом.

Цією змінною складовою потоку в даній секції наводиться трансформаторна ЕРС

100