Вопросы и задания

1. Как направлены э.д.с. в активных секциях якорной обмотки ГПТ и почему напряжение между коллекторными пластинами выше, чем у ГПТ с петлевой обмоткой?

2. Обоснуйте принцип выбора места установки щеток в ГПТ.

3. Как направлены токи во всех секциях якорной обмотки ДПТ?

4. Обоснуйте принцип суммирования механических сил, действующих на стороны активных секций в ДПТ.

3.7 Уравнение коммутации мпт, виды коммутация.

Средства улучшения коммутации

Коммутацией называется процесс изменения тока в секциях обмотки якоря при переходе щетки с одной коллекторной пластины на другую смежную с ней (рис.3.11). Если щетки искрят, то МПТ имеет плохую коммутацию, а если искрение отсутствует, то коммутацию называют хорошей.

Причины искрения щеток разбиваются на две группы: механические и электромагнитные.

К механическим причинам относятся:

- биение коллектора, вызванное его эллиптичностью;

- шероховатость рабочей поверхности коллектора;

- наличие выступающих коллекторных пластин и изоляционных прокладок;

- вибрация щеткодержателей или заедание щеток в них;

- износ и ослабление прижимных пружин и др.

Электромагнитные причины проявляются в процессе перемещения щетки по коллектору, в результате которого происходит как замыкание секции, когда щетка перекрывает две и более пластины, так и разрыв цепи в момент схода щетки с пластины. Затраты на ремонт и эксплуатацию коллектора МПТ достигают в год 1/3 стоимости самой машины.

Рассмотрим электромагнитные причины искрения щеток.

Пусть вначале щетка прижималась к пластине 1 коллектора (рис.3.11,а). Ток i₁ в петушке (петушком называется место подключения вывода секции обмотки якоря к коллекторной пластине) секции К₁ обмотки якоря равен току якоря I_Я, а ток i₂ в петушке пластины 2 нулевой. Направления токов i₁₁, i₁₂, i₂₁ и i₂₂ в сторонах секций К и К₂ проставлены на рисунке. Пусть вращающийся якорь перемещается относительно неподвижной щетки справа-налево. Началом процесса коммутации является момент, когда щетка коснется пластины 2, оставаясь в контакте с пластиной 1. Окончанием процесса коммутации является момент, когда обрывается контакт щетки с пластиной 1 и щетка сцепляется только с пластиной 2 (рис.3.11,в). Теперь ток i₁ в петушке секции К₁ обмотки якоря будет нулевым, а ток i₂ в петушке пластины 2 будет равен току якоря I_Я. Направления токов i₁₁, i₁₂, i₂₁ и i₂₂ в сторонах секций К и К₂ проставлены на рисунке.

Из сопоставления рис.3.11,а и рис.3.11,в видно, что направления токов i₁₁ и i₂₁ изменилось на противоположное, а направления токов i₁₂ и i₂₂ не изменилось. Смена направлений токов i₁₁ и i₂₁ сопровождается индуктированием в соответствующих сторонах секций э.д.с.

Так как токи i₁₁ и i₂₁ на рис.3.11,а и рис.11.3,в являются одним и тем же током, то производные от них совпадающие и индукционная э.д.с. е_И в секции, подключенной к пластинам 1 и 2 равна сумме найденных э.д.с. е₁₁ и е₂₁

(3.10)

На рис.3.11 показан наконечник магнитного полюса, например, южного S, и график индукции В_х магнитного поля в зазоре (плоская часть графика) и в межполюсном промежутке (наклонные части). Площадь, ограниченная графиком В_х и осью нулевого значения В_х, является величиной магнитного потока Ф. На рис.3.11,а магнитный поток контура Ф_К1 максимальный и имеет направление южного S полюса. Магнитный поток контура Ф_К2 в целом имеет направление южного S полюса, но его величина будет меньшей Ф_К1. На рис.3.11,в магнитный поток контура Ф_К2 будет южным S и максимальным, а магнитный поток контура Ф_К1 в целом имеет направление южного S полюса, но его величина будет меньшей Ф_К2. Значит при перемещении контуров К₁ и К₂ в них будет наводиться э.д.с. вращения е_В.

Сумма э.д.с. е_И и е_В, приложенная к секции, подключенной к пластинам 1 и 2 коллектора, вызовет в этой секции переходный процесс изменения токов i₁₁ и i₂₁, который ввиду их тождественности обозначим как ток i. Уравнения переходного процесса составляем для схемы, изображенной на рис.11.3,б, в которой как раз и происходят изменения направления токов i₁₁ и i₂₁. Уравнение имеет вид:

(3.11)

где R_Щ1 и R_Щ2 – сопротивления скользящих контактов между щеткой и пластинами коллектора;

R_С – сопротивление проводников секции.

Обычно значения е_И и е_В намного превосходят и, поэтому, простейшее уравнение коммутации принимает вид

или с учетом (3.10) (3.12)

Решением уравнения (3.12) является закон изменения тока в процессе коммутации в МПТ

(3.13)

где Т_К – время коммутации, равное времени перемещения щетки с пластины 1 на пластину 2.

Если в процессе коммутации е.д.с. е_В была постоянной, то интеграл (3.13) примет вид

(3.14)

Подставляем в (3.14) граничные условия, получаем систему уравнений

откуда находим

(3.15)

Подставляем найденное (3.15) в (3.14)и получаем окончательно

(3.16)

Выражение (3.16) описывает идеальную прямолинейную коммутацию (рис.1.14), так как в момент схода щетки с пластины 1 ток в петушке этой пластины будет нулевым (рис.3.11,в) и, поэтому, искрения щетки не будет.

Если е.д.с. е_В будет так изменяться, что ток i не успеет обратиться в ноль (останется остаточный ток i_{ост.зам}), то в момент схода щетки с пластины 1 возникнет искра. Такая коммутация называется замедленной. Если е.д.с. е_В будет так изменяться, что она в момент схода щетки с пластины создаст ток остаточный ток i_{ост.уск} обратного направления (в сравнении с замедленной коммутацией) и также в момент схода щетки с пластины 1 возникнет искра. Такая коммутация называется ускоренной.

Основным средством улучшения коммутации является применение дополнительных полюсов (рис.3.7). Этим снижается величина э.д.с. е_В и, соответственно, величины остаточного тока i_ост как замедленной, так и ускоренной коммутации. Мощность искры под щеткой становится малой.

В машинах большой мощности устанавливают еще компенсационную обмотку. Укладывают ее в пазы, нарезанные в торце полюсного наконечника, обращенного к якорю.