4. Усунення шкідливого впливу реакції якоря.

В зв`язку з тим, що реакція якоря має шкідливий вплив на робочі властивості МПС, при їх проектуванні необхідно вживати заходи щодо усунення цього впливу, або хоча б послаблення цього впливу в межах допустимого.

4.1. Найбільш ефективним способом зменшити (або подавити) вплив реакції якоря являється використання в машинах компенсаційної обмотки. Цю обмотку вкладають в пази полюсних наконечників і вмикають послідовно з обмоткою якоря таким чином, щоб МРС цієї обмотки F_х була протилежною до напрямку МРС обмотки якоря.

Компенсаційну обмотку виконують розподіленою по поверхні полюсного наконечника для всіх головних полюсів машини.

Таке включення компенсаційної обмотки (послідовно з обмоткою якоря) дає змогу автоматично компенсувати МРС якоря при будь якому навантаженні.

Таким чином, в МПС з компенсаційною обмоткою при будь якому навантаженні закон розподілу магнітної індукції залишається незмінним.

Але в між полюсному просторі МРС якоря залишається незкомпенсованою.

Небажаний вплив цієї МРС на роботу щіточного контакту усувають використовуванням в МПС додаткових полюсів (про це буде далі!).

Компенсаційні обмотки застосовують лише в МПС середньої та великої потужності більше 150 – 500 кВт при U > 440В, що працюють з різкими коливаннями навантаження, наприклад в двигунах прокатних станів.

Це пояснюється ускладненням конструкції МПС та підвищенням її вартості.

4.2. Збільшення повітряного зазору під головними полюсами.

В машинах малої та середньої потужності без компенсаційної обмотки шкідливий вплив реакції якоря по поперечній осі послаблюють відповідним вибором повітряного зазору під головними полюсами. При цьому слід мати на увазі, що при достатньо малому зазорі та великому лінійному навантаженні реакція якоря по поперечній осі може не тільки послабити магнітне поле під однією частиною головного полюсу, а й перемагнітити його, тобто змінити полярність полюсу (перекинути поле).

Деяке збільшення повітряного зазору під головними, особливо на краях, значно послабляє дію реакції якоря. Але варто не забувати, що збільшення повітряного зазору приводить до необхідності збільшувати МРС обмотки збудження (розміри полюсів, полюсних котушок та габаритів машини).

На цьому принципі зменшення поперечної реакції якоря за рахунок збільшення магнітного опору заснований і другий спосіб, що полягає в використанні для осердя головних полюсів холоднокатаної анізотропної сталі марки 3411.

Ця сталь в напряму прокату має підвищену магнітну проникливість μ, а поперек прокату μ – дуже невелике штампують пластини полюсів з цієї сталі таким чином, щоб вісь полюса співпадала з напрямом прокату листа сталі.

5. Способи збудження м.П.С.

Для роботи МПС необхідна наявність магнітного поля. В більшості МПС магнітне поле створюється обмоткою збудження, яка живиться від мережі постійного струму.

Властивості МПС в значній мірі визначаються способом включення обмотки збудження, тобто способом збудження.

1) МПС незалежного збудження – обмотка збудження отримує живлення від стороннього джерела і електрично не зв`язана з обмоткою якоря.

Питання для контролю:

1. З яких ділянок складається магнітне коло машини?

2. В чому полягає суть реакції якоря?

3. Як впливає реакція якоря на робочі властивості машини?

4. Як враховується розмагнічуючи дія реакції якоря при визначенні числа витків обмотки збудження.

5. З якою метою комп. обмотки вмикають послідовно з обмоткою якоря?

6. Чому зі збільшенням повітряного зазора послабляється розмагнічуючий вплив реакції якоря?

7. Які способи збудження МПС?

Тема: КОМУТАЦІЯ В М.П.С.

1. Причини, які викликають іскріння на колекторі. Суть процессу комутації.

При роботі МПС щітки та коллектор складають ковзний комплект. Площу контакту щітки вибирають відповідно до робочого струму машини, що припадає на одну щітку відповідно до допустимої густини струму для вибраної марки щіток.

Якщо з деяких причин щітка прилягає не всією поверхнею, то виникають через мірні місцеві густини струму, які приводять до іскріння на колекторі.

Причини, які визивають іскріння на колекторі розділяють на механічні, потенціальні та комутативні.

Механічні:

• слабий тиск щіток на колектор;

• биття (биїння) колектора;

• еліптичність або негладка поверхня колектора;

• виступання міканітової ізоляції над колекторними пластинами;

• нещільне кріплення траверса, щіткотримачів, та інші причини, які можуть визвати порушення електричного контакту між щіткою та колектором.

Потенціальні:

• з`являються при виникненні напруги між суміжними сусідніми платинами, що перевищує допустиму: для МПС до 1 кВт – 25-30 В, > 1 кВт без компенсаційної обмотки - 16 В, з компенсаційною обмоткою – 20 В.

При підвищенні вказаних значень вірогідною є поява в машині небезпечного явища, яке називається круговий вогонь.

Комутаційні

• створюються фізичними процесами, які виникають в машині при переході секції обмотки якоря з однієї паралельної гілки в другу.

Іноді іскріння визивається цілим рядом причин. Щоб з`ясувати причини, слід починати з механічних, т.к. їх можна виявити при огляді колектора та щіточного пристрою. Складніше виявити та усунути комутаційні причини.

Підприємство при випусканні електричних машин настроює темну комутацію, що виключає будь яке іскріння. Але в процесі відбувається зношення колектора та щіток і стає можливим поява іскріння.

Невелике іскріння в машинах загального призначення є допустимим.

Відповідно державному стандарту іскріння оцінюють ступенями іскріння (класом комутації) під збігаючим краєм щітки.

Ступінь І – іскріння відсутнє (темна);

1 ¹/₄ – слабе іскріння під невеликою частиною щітки, що не визиває почорніння колектору і появи нагару на щітках;

1 ¹/₂ слабе іскріння під більшою частиною щітки, що приводить до появи слідів почорніння, які можна вбрати протиранням колектору бензином.

2 – іскріння під всім краєм щітки допускається тільки при короткочасних перевантаженнях. Почорніння колектора не можна вбрати протиранням бензином.

3 – значне іскріння під всім краєм щітки. Допустиме тільки для прямого без реостатного пуску, або реверсування, якщо при цьому колектор і щітки залишаються приданими для подальшої експлуатації.

Якщо допустима степінь іскріння в паспорті машини не вказана, то при номінальному навантаженні вона не повинна перебільшувати 1 ¹/₂ .

При обертанні якоря МПС колекторні пластини по черзі вступають в контакт зі щітками. При цьому обмотки якоря перемикаються з однієї паралельної гілки в другу, в них змінюється як значення, так і напрямок струму.

Процес перемикання секції із однієї паралельної гілки в другу та явища, що цей процес супроводжують, називається комутацією.

Секція, в якій проходить комутація, називається комутованою, а тривалість процесу комутації – періодом комутації.

Т_к =

К – число колекторних пластин

п – частота обертання якоря (об/хв.)

в_щ – ширина щітки

в_к – відстань між серединами сусідніх колекторних пластин (колекторна поділка).

При розгляді процесу комутації будемо вважати, що ширина щітки дорівнює колекторній поділці і щітки знаходяться на геометричній нейтралі; електричний опір комутованої секції і місця її приєднання до колектора дуже малий в порівнянні з опором контакту щітка – колектор.

На початку комутації щітка знаходиться на пластині І, потім замикає секцію , а в кінці комутації на пластині, а комутована секція знаходиться в лівій ІІ гілці, а перемкнулась до правої ІІ гілки.

Комутація, при якій струм в комутованій секції і змінюється по прямолінійному закону називається прямолінійною (ідеальною) комутацією.

В цьому випадку пластина колектора виходить з-під щітки без розриву струму. Така комутація не супроводжується іскрінням на колекторі.

В сучасних МПС період комутації дуже малий:

Т_к = 10^-3 – 10^-6с

При цьому середня швидкість зміни струму в комутованій секції велика, що приводить до виникнення (появи) в комутованій секції ЕРС самоіндукції.

Е_L = - L

Так як пазові частини комутованих секцій лежать в одних пазах, то магнітний поток цих секцій, змінюючись, буде наводити в провідниках других секцій ЕРС взаємоіндукції.

Е_м = - М_с

М – взаємна індуктивність одночасно комутованих секцій.

Ці ЕРС складають результуючу реактивну ЕРС:

Е_р = Е_L + E_M = -(L_c + M)

Крім того, внаслідок дії реакції якоря в комутованій секції буде наводитись Е.Р.С. обертання:

Е_об = В_к ∙ 2l ∙ w ∙ v

Таким чином, комутованій секції діє сума ЕРС

ΣЕ = Е_р + Е_п

Внаслідок чого комутація стає криволінійною уповільненою.

Характерною ознакою такої комутації є неоднакова густота струму під щітками на початку та в кінці періоду комутації, що створює умови до виникнення іскріння на колекторі під сбігаючими краями щіток.

При значних навантаженнях машини густина струму під сбігаючим краєм щітки може досягнути неприпустимих значень і сприяти виникненню іскріння на колекторі.

Але, як показує досвід, іскріння може виникати і при незначних навантаженнях, що свідчить про те, що збільшення густини струму під збігаючим краєм щитки є не єдиною причиною іскріння.

Іскріння виникає також при розмиканні комутованої секції, коли збігаючи пластини колектора виходять з-під щітки.

В момент розмикання комутованої секції з додатковим струмом комутації накопичена в ній енергія магнітного поля

W = 0.5L_c ∙ i_g²

витрачається на створення електричної дуги між збігаючим краєм щітки та збігаючою колекторною пластиною.

Питання до самоконтролю:

1. Які причини можуть визвати іскріння на колекторі?

2. Які степені іскріння передбачені ГОСТом?

1. Охарактеризуйте кожну степінь та умови допустимості.

2. Який процес називають комутацією?

3. Яку комутацію називають прямолінійною?

4. Чому при прямолінійній комутації не виникає іскріння?

5. Які причини, що визивають іскріння, виникають при уповільненні комутації?

Тема: СПОСОБИ ПОЛІПШЕННЯ КОМУТАЦІЙ

Головною причиною незадовільної комутації в МПС є додатковий струм комутації: i_g =

Σr_k – сума електричних опорів, яка включає опір секції, місці, пайки, опір перехідного контакту між щіткою та колекторною пластиною, опір щітки.

Найбільше значення мають опір щітки та перехідного контакту, тому

i_g =

з чого виходить: для того, щоб зменшити додатковий струм комутацій, треба зменшувати ΣЕ та збільшувати опір r_щ.

Як це зробити?

1. Вибір щіток.

Для забезпечення задовільної комутації слід використовувати щітки з великим опором r_щ.

Щітки для ел. машин підрозділяють на 4 групи, що відрізняються складом, способом виготовлення та характеристиками.

Група щіток позначення	Перехідне падіння напруги (В)	Густина струму (А/дм2)	Область застосування
Графітові, Г, 611 м	1,9 – 2,0	0,11 – 0,12	МПС з полегшеними умовами комутації
Електрографітовані, ЕГ	2,0 – 2,7	0,10 – 0,15	Для МПС з середніми умовами комутації та конт. кілець
Вугільно-графітові, УГ, Т	2,0	0,06 – 0,07	Для машин з середніми умовами комутації
Мідно-графітові М, МТ	0,2 - 0,15	0,15 – 0,20	Для низьковольтних (др. 18В) МПС і для контактних кілець

Найбільше застосування в МПС напругою 110 – 440В мають електрографітові щітки.

Збідбшенню перехідного опору щіточного контакту сприяє також політура поверхні коллектора – тонка оксидна плівка на поверхні коллектора, яка має подвійний опір.