5.6 Комутаційна ерс і додаткові полюси

Виконання умов прямолінійної безіскрової комутації вимагає внесення в комутовану секцію ЕРС . Це завдання виконують додаткові полюси, встановлені на лінії геометричної нейтралі, тобто там, де здійснюється комутація (див. рис. 4.5). В повітряному проміжку під додатковими полюсами створюється комутаційне магнітне поле з індукцією котре і створює ЕРС. Згідно закону Фарадея

(5.19)

Щоб витримати умову безіскрової прямолінійної комутації необхідно зрівняти праві частини виразів (5.18) і (5.19); тоді

(5.20)

Знак "мінус" забезпечується встановленням відповідної полярності додаткових полюсів; оскільки лінійне навантаження пропорційне струмові якоря І_я, індукціяВ_к також має бути йому пропорційна, тобто

(5.20а)

Для забезпечення цієї умови додаткові полюси вмикають послідовно з якорем, а їх магнітне коло виконують ненасиченим.

Остання вимога забезпечується, якщо додатковий полюс має найбільші розміри. Крім цього повітряний проміжок під додатковими полюсами доцільно розділити на дві частини, встановивши додатково немагнітну прокладку між полюсами і станиною (рис. 5.4). Цей другий "повітряний проміжок" більш ефективний, так як він створює додатковий опір потокові розсіювання , що насичує осердя полюса.

Все ж. не дивлячись на заходи, що приймаються по розслабленню магнітного кола додаткових полюсів, забезпечити лінійну залежність між індукцією і струмом у всьому діапазоні навантажень не вдається. Ця залежність залишається криволінійною, все більше і більше відхиляючись від прямої зі збільшенням струмуІ_я.

Рис. 5.4 Встановлення немагнітної прокладки між додатковим полюсом і станиною

Рис. 5.5 Залежності реактивної і комутаційної ЕРС від струму якоря

На рис. 5.5 показаний графік зміни ЕРС і в залежності від струму якоря. Якщо, згідно виразу (5.18), між і все ж зберігається лінійна залежність у всьому діапазоні навантажень, то між і прямої залежності немає. Це одна з причин, через яку в комутованій секції не вдається виконати умову у всьому діапазоні навантажень. А якщо це так, то додаткові полюси необхідно налагодити таким чином, щоб небалансова ЕРС (заштрихована частина на рис. 5.5) була найменшою. Налагодження додаткових полюсів здійснюють зміною кількості витків, або зміною розмірів повітряного проміжку або немагнітної прокладки між полюсом і станиною. При цьому змінюється їх магнітний потік, індукціяВ_к, а отже, і ЕРСе_к. її значення в номінальному режимі треба вибрати трошки більшим реактивної ЕРС, що забезпечить прискорену комутацію.

Дійсно, якщо при номінальному струмі встановити однакові ЕРС - реактивну і комутаційну (привести кривуе_к на рис. 5.5 трохи нижче), то при струмах більших номінального, тобто в дуже тяких режимах роботи, реактивна ЕРС стане значно більшою від комутаційної і ця дуже сповільнена комутація призведе до інтенсивного іскріння. Нагадаємо, що в діапазоні великих струмів спотворююча дія поперечної реакції якоря дуже велика, що може призвести ще і до іскріння через потенціальні причини. А це вже негативно впливатиме на подальшу роботу машини.

В умовах експлуатації нерівність між реактивною і комутаційною ЕРС викликана цілим рядом причин. До них відносяться: технологічні допуски при виготовленні колектора, встановлення щіткотримачів і самих додаткових полюсів; перевантаження по струму і перевищення частоти обертання (буксування тягових двигунів); нестабільність щіткового контакту, через що змінюється площа контакту щітки з колектором (період комутації Т_к) або навіть повний відрив щітки від колектора при проході, наприклад, локомотивом нерівностей дороги. Всі ці причини збільшують і без того існуючу нерівність міже_р іе_к, а значить сприяють більш інтенсивному іскрінню.

Роль додаткових полюсів не обмежена лише завдання наведення ЕРС е_к; індукціяВ_к, що потрібна для цього, звичайно мала, оскільки реактивна і комутаційна ЕРС як правило не перевищують4-6 В. Але МРС додаткових полюсів має бути дуже великою, тоді як вона напрямлена проти поперечної реакції якоря і в певній мірі її компенсує. Це особливо важливо, якщо в машині немає компенсаційної обмотки.

Виходячи з сказаного вище можна визначити полярність додаткових полюсів: в режимі генератора вона має бути такою ж, як і у наступного за ним у напрямі обертання головного полюса; у режимідвигуна - як і у попереднього йому за напрямком обертання головного полюса.