МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

i

Рис. 15.4. Прямолінійна комутація

Густини струму пропорційні тангенсам кутів нахилу і при прямолінійній комутації 1= 2; струм комутації проходить через 0 при t =0,5TK.

комутації іл, і = іл + іД й уповільнює процес зміни струму в секції. Струм комутації проходить через нуль при t > 0,5TK.

53

2. Вибрати мінімально можливе число витків у секції wc (оскільки eL wC dtdi LC dtdi ) та використання відкритих пазів для зменшення Lc.

3. Застосовувати обмотку якоря з укороченим кроком у1 для зниження ЕРС взаємоіндукції eM M C dtdi , оскільки витки комутуючих секцій

знаходяться не в одному пазові, а в сусідніх, що зменшує МС.

4. Для зниження числа одночасно комутуючих секцій, а значить, зменшення Мс і ем, використовувати щітку шириною в одну колекторну поділку bщ = bк.

5.Вибирати низьку швидкість обертання якоря n, оскільки е ~ dtdi ~ n.

6.Змістити щітки з геометричної нейтралі для одержання е = 0.

7.Застосовувати додаткові магнітні полюси для повного знищення

е = 0.

При проектуванні щітки підбирають відповідно до стандарту, в якому вказані переважні застосування марок щіток. З урахуванням накопиченого досвіду експлуатації (більше ніж 100 років) і правильного розрахунку МПС можна забезпечити задовільну комутацію для більшості важких умов.

Щітки одержують в електропечах шляхом нагрівання заготовок із вугілля, коксу та відповідних домішок при температурі 2000...25000, при цьому вони приймають структуру графіту. За стандартом існують 4 марки щіток, які застосовують для відповідних режимів роботи МПС (табл.15.1).

55

При виборі щіток користуються такими критеріями:

1.Для швидкохідних МПС застосовують м‟які щітки із середнім значенням падіння напруги 1,5...2 В.

2.Для МПС із важкою комутацією використовують тверді щітки з підвищеним падінням напруги під ними 2,4...3,5 В.

3.Для контактних кілець застосовують металографітні щітки з малим падінням напруги 0,2...0,5 В.

Найбільше використання в МПС напругою 110...440 В мають електрографітовані щітки.

Збільшенню перехідного опору щіткового контакту, а значить, поліпшенню комутації сприяє політура колектора – це тонка плівка на поверхні колектора з окису міді та графіту. Політура чинить змащувальну дію, оскільки зменшує коефіцієнт тертя щітки по колектору (знижує втрати). Кое-

фіцієнт тертя для всіх щіток застосовують однаковий, КТ=0,25.

У підвищених умовах вібрації використовують підвищений до 50 кПа тиск на щітку.

Способи поліпшення комутації 2, 3, 4, 5 мають обмежене використання, оскільки або не відповідають вимогам до МПС, або призводять до використання машин із великими габаритами. Наприклад, при створенні швидкохідних МПС не можна зменшити n, або при створенні мініатюрних МПС не можна застосовувати вкорочений крок обмотки якоря. Використовувати надто вузькі щітки небажано, оскільки тоді вони будуть мати недостатню механічну міцність, більший люфт при реверсі напрямку обертання, а також через те, що для зниження густини струму довелося б збільшувати довжину щітки, а отже, збільшити габарити МПС. Найбільш доцільні щітки з 2-ма або 3-ма колекторними поділками.

С1

Рис. 15.7. Вплив реакції якоря на розподіл магнітної індукції В під головним полюсом генератора: СС1 – вісь щіток (її середина); ГН – геометрична нейтраль; ФН – нейтраль

56

У МПС невеликої потужності до 1 кВт компенсувати реактивну ЕРС і ЕРС обертання можливо шляхом зміщення щіток із геометричної нейтралі. Як уже нам відомо, поперечна реакція якоря МПС викривляє й зміщує магнітне поле в МПС, що призводить до того, що в зоні щіток (зона комутації) на геометричній нейтралі з'являється магнітне поле, яке наводить ЕРС обертання.

Геометрична нейтраль (ГН) – це лінія, проведена через крапки на графіку розподілення індукції В, у якій В=0 у режимі холостого ходу, тобто без навантаження (рис. 15.7).

Фізична нейтраль (ФН) – це лінія, проведена через крапки на графіку розподілення індукції В, у якій В=0 у номінальному режимі.

Якщо щітки залишити на геометричній нейтралі, то ЕРС обертання, що наводиться від цього поля, буде додаватись із реактивною ЕРСе = ер + ео і в МПС буде вповільнена комутація. Для того щоб ЕРС ер та ео віднімались, необхідно щітки зсунути за фізичну нейтраль, де поле (й ЕРС) змінює свій знак (рис. 15.7), і тоді –

3. Неможливість застосування методу для реверсивних двигунів.

Употужних МПС (Р>1 кВт) найбільш радикальним методом компенсації реактивної ЕРС є встановлення додаткових магнітних полюсів, при цьому не потрібно застосовувати зміщення щіток із геометричної нейтралі.

Додаткові магнітні полюси були запропоновані в 1884 р. К. Менгесом,

ідо нинішнього часу ними обладнуються всі МПС із Р > 1…2 кВт.

УМПС без додаткових полюсів та без застосування зміщення щіток із

геометричної нейтралі ЕРС, еР і еоб завжди напрямлені в одну сторону й діють узгоджено. Ідея застосування додаткових полюсів полягає в тому,

57

що за допомогою додаткового магнітного поля в зоні комутації створюється поле такої величини та полярності, щоб індукована ЕРС обертання змінила б знак і тоді виконувалась умова прямолінійної комутації

Додаткові полюси розташовують між головними, а щітки встановлюють на геометричній нейтралі.

Кількість витків додаткових полюсів вибирають такою, щоб МРС до-

Якщо машина оснащена компенсаційною обмоткою, то МРС додаткового полюса виконується меншої величини.

Ширина осердя додаткового магнітного полюса набагато менша від ширини полюса збудження та приблизно дорівнює ширині комутаційної

ної ЕРС при різних навантаженнях машини обмотку додаткових полюсів (ДП) умикають послідовно з якорем (рис. 15.10).

Після виготовлення МПС комутацію машини налагоджують методом

рності, щоб звести ступінь виникнення іскри до 1 або 1 14 . За напрямком та

величиною струму живлення І роблять висновок про підвищення чи зменшення МРС додаткового полюса. МРС додаткового полюса змінюють за допомогою зміни повітряного проміжку , якір – додатковий полюс за рахунок прокладок, які встановлюють між станиною та осердям додаткового полюса.

15.6. Радіоперешкоди МПС

Комутація секцій МПС створює електромагнітні коливання високої

звідки С = f 2 / L, де L – індуктивність обмотки; С – ємність конденсатора; f – частота комутації МПС (рис. 15.11). Оскільки індуктивності обмоток

якоря та обмотки збудження різні, то і величини ємностей у ланцюгах якоря різні та їх значення уточнюють експериментально.

Останнім часом запатентована у Томському політехнічному університеті (Росія) конструкція колектора МПС зі зниженим рівнем радіоперешкод. У конструкцію колектора ввімкнені додаткові ємності, які шунтують комутуючі секції через вал (рис. 15.12). Рівень радіоперешкод зменшується на 10 Дб .

Рис. 15.12. Колектор із зниженим рівнем радіоперешкод: а) конструкція колектора; б) еквівалентна схема

59