Настройка коммутации в машинах постоянного тока. Улучшение коммутации в электрических машинах постоянного тока, страница 2

,

,

где  дополнительная ЭДС коммутируемой секции, возникающая под действием тока подпитки и отпитки.

Таким образом, в отличии от режима холостого хода определяющим в появлении искрения при подпитке будут секции, у которых  а при отпитке  секции, у которых   Поэтому для появления искрения требуются уже меньшие подпиточные токи ( за счет того,  что ) по отношению к случаю . Кроме этого по мере роста нагрузочного тока повышается плотность тока под щетками, уменьшается  удельное сопротивление перехода щетка- коллектор () и при постоянстве суммарной ЭДС коммутируемого контура ток  и энергия в контуре возрастают.  Поэтому для получения искрения требуется меньший ток подпитки, чем в случае . Таким образом в реальной машине кривые подпитки при оптимальной настройке дополнительных полюсов имеют вид, приведенный на рисунке а.

В случае, если в машине слишком сильные или слабые полюса, кривые подпитки имеют вид рисунков б и в соответственно.

Кривые подпитки позволяют определить оптимальное число витков добавочных полюсов при заданной величине зазора под добавочным полюсом или оптимальный размер этого зазора при заданном числе витков . Первый способ обычно применяют в машинах малой и средней  мощности, второй -  в машинах большой  мощности          с малым числом витков дополнительных полюсов.

При неоптимальной настройке ( рисунки б и в) корректировочное число витков дополнительных полюсов ( т.е. число витков, которое нужно домотать  или смотать - с полюса) можно определить следующим образом:

                                                   (1)

где - отклонение средней линии зоны при токе , для которого производим подстройку дополнительных полюсов. Величина оптимального зазора на основании опыта подпитки приближенно определяется

,                                  (2)

где - существующий и необходимый эквивалентные зазоры между добавочными полюсами и якорем.

D- коэффициент компенсации реакции якоря.

Для некомпенсированных машин

,

где - существующий средний зазор между башмаком добавочного полюса и якорем.

-  - существующий второй средний зазор ( толщина немагнитных прокладок между сердечником добавочного полюса и станиной).

При наличии компенсационной обмотки

,

где а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

       р – число пар полюсов машины;

       - число витков компенсационной обмотки на один полюс;

       N – общее число проводников обмотки якоря;

        - число параллельных ветвей в обмотках добавочных полюсов и компенсационной.

При отсутствии компенсационной обмотки  исключается из формулы. При отсутствии обмоточных данных машины коэффициент D может быть принят 1,2. После установки зазора, следует повторно снять кривые подпитки.

Особенности коммутации электрических машин, работающих при переходных режимах.

Анализ работы при переходных режимах проводится на примере рабочего цикла, представленного на рисунке. Где вначале идет наброс нагрузки – промежуток времени ; потом участок стационарного режима - промежуток времени ; сброс нагрузки - промежуток времени . Для измерения искрения используется индикатор искрения, позволяющий раздельно измерять энергию искрения, обусловленную перекоммутацией  ( случай, когда ) и недокоммутацией  ( случай, когда ).

Как показывают исследования, в момент времени  и  могут возникать вспышки  искрения  и , хотя при стационарном режиме искрение отсутствует. Наблюдаемое искрение обусловлено отставанием в изменении потока в коммутационной зоне  от изменения тока якоря  под действием вихревых токов, возникающих в магнитной системе дополнительных полюсов. В связи с этим по процессу наброса нагрузки происходит даже опрокидывание поля в коммутационной зоне под действием ИЖС реакции якоря. Как показывают исследования максимальное искрение получается не в точке 1, где имеется наибольшее рассогласование между током якоря и потоком в коммутационной зоне и ЭДС  направлена согласно с ЭДС , а в точке 2, где =0, но плотность тока и частота вращения больше соответствующих величин точки 1 ( т.е. в точке 2 действуют три фактора, обуславливающие искрение: повышенная плотность тока под щеткой, частота вращения, индукция в зоне коммутации равна нулю: =0).

На рисунке представлены кривые тока нагрузки, потока в коммутационной зоне и искрения при сбросе нагрузки. При токе якоря, равном нулю ( точка 1) поток  и индукция  в коммутационной зоне не равны нулю, т.е. в рассматриваемый момент времени  и искрение возникает за счет ЭДС .

Максимальное искрение наблюдается при определенном сочетании плотности тока под щеткой, частоты вращения и  величины рассогласования между током и потоком коммутационной зоны ( точка 2). Таким образом при набросе нагрузки искрение будет обусловлено недокоммутацией , а при сбросе – перекоммутацией .

При настройке коммутации электрических машин, работающих в переходных режимах, производится подпитка и отпитка дополнительных полюсов, а на пленку  шлейфового осциллографа записываются ток якоря, ток подпитки , а также искрение.

После проведения опыта подпитки и отпитки строятся кривые  где G – отношение среднего значения тока подпитки или отпитки к среднему значению тока якоря по соответствующему переходному процессу: - площади, ограниченные кривыми  и , характеризующие энергию искрения, выделяющуюся на коллекторе по соответствующему переходному процессу. Точка пересечения кривых  соответствует оптимальной настройке дополнительных полюсов при переходных режимах. Новое значение эквивалентного воздушного зазора или корректировочных витков дополнительных полюсов может быть получено по формуле (1)(2), где  заменяется на параметр .

Настройка дополнительных полюсов в переходных режимах проводится до появления искрения в стационарном режиме. Искрение в стационарном режиме недопустимо. При условии  на коллекторе получается минимум энергии, обусловленной искрением по переходным процессам.