Настройка коммутации в машинах постоянного тока. Улучшение коммутации в электрических машинах постоянного тока

Лекция 2.

Настройка коммутации в машинах постоянного тока.

Улучшение коммутации в электрических машинах постоянного тока.

Одним из недостатков машин постоянного тока является искрение между щеткой и коллектором. Искрение приводит к подгару щеток и коллектора. В основном искрение наблюдается под сбегающим краем щетки. На набегающем крае тоже иногда бывает искрение, но оно не оказывает существенного влияния на работу щеточно-коллекторного узла. Качество коммутации согласно ГОСТ 183-74, оценивается классом коммутации по уровню искрения  на сбегающем крае щетки.

Класс коммутации	Уровень искрения
1	Темная коммутация. Искрение на сбегающем крае отсутствует.
	Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки. Почернение коллектора и нагар на щетках отсутствуют.
	Слабое искрение под большой частью щетки. Имеется почернение коллектора, устраняемое протиранием салфеткой, смоченной в бензине. Появляются следы нагара на щетках.
2	Искрение под всем краем щетки. Появляются следы почернения на коллекторе, не устраняемое протиранием салфеткой, смоченной в бензине, а также следов нагара на щетках.
3	Сильное искрение под всей щеткой. Наличие крупных вылетающих искр, значительное почернение коллектора, не устраняемое протиранием салфеткой, смоченной в бензине, а также подгар и разрушение щеток.

Классы коммутации до  включительно допускаются при любых режимах работы.

Наиболее современным и широко распространенным способом улучшения коммутации является применение добавочных полюсов.

Добавочные полюса располагаются между главными полюсами. Обмотки добавочных полюсов соединяются последовательно с обмоткой якоря.  Для того, чтобы поле главных полюсов не проникало в добавочные полюса, воздушный зазор под добавочным полюсом делают больше, чем под главным. Назначение добавочного полюса состоит в том, чтобы компенсировать МДС реакции якоря в зоне коммутации ( это часть окружности якоря, на которой располагаются коммутируемые секции) и создать поле с индукцией , под действием которого в коммутируемой секции индуктируется ЭДС .

Среднее значение реактивной ЭДС за время коммутации секции может быть записана:

где - число витков в коммутируемой секции,

       - линейная скорость якоря,

        - активная длина секции,

        - средняя эквивалентная проводимость для полей рассеяния замыкающихся вокруг коммутируемой секции,

       А – линейная нагрузка.

где - длина дополнительного полюса,

       - индукция под дополнительным полюсом.

МДС дополнительных полюсов рассчитывается из условия обеспечения равенства , что соответствует среднепрямолинейной коммутации. Для получения оптимальной коммутации МДС дополнительных полюсов увеличивают на 10-15%. Для того, чтоб при изменении тока якоря характер коммутации остался без изменений ( это возможно, если  будет изменяться пропорционально току якоря), магнитная цепь полюсов делается ненасыщенной.

В машинах без дополнительных полюсов коммутируещее поле, наобходимое для создания ЭДС  уравновешивающее ЭДС , образуется путем сдвига щеток с геометрической нейтрали. Рассмотрим на примере генератора. В случае если щетки стоят по линии геометрической нейтрали, положение А-А в коммутируемой секции , будет индуктироваться ЭДС вращения , возникающей под действием результирующего поля, и реактивной , которые имеют одинаковые направления. Для улучшения коммутации необходима компенсация этих ЭДС, что может быть достигнуто смещением щеток по направлению вращения в положении В-В за линию физической нейтрали ( положение Б-Б). В этом положении в коммутируемой секции будет индуктироваться ЭДС вращения, направленная встречно реактивной ЭДС ( при установке щеток на физическую нейтраль  положение Б-Б ЭДС вращения от результирующего поля равна нулю). Основной недостаток способа в том, что при изменении нагрузки будет изменяться соотношение и ,  поэтому в этих машинах приходиться ставить щетки в некоторое  среднее положение, соответствующее некоторой средней нагрузке. Этот способ не применим для реверсивных машин.

Настройка коммутации по методу безыскровых зон.

Сущность состоит в том, что обмотку дополнительных полюсов подпитывают от особого источника постоянного тока и снимают подпиточные кривые, которые позволяют выявить зону безыскровой  работы и необходимой точностью определить оптимальное число витков добавочного полюса или величину воздушного зазора под добавочным полюсом. Для снятия кривых подпитки может служить схема на рисунке. Здесь - испытуемый генератор, ДП- обмотка дополнительных полюсов, - переключатель для изменения направления тока в цепи возбуждения, - генератор постоянного тока, служащий для подпитки полюсов. Снятие кривых подпитки начинают с холостого хода, когда ток якоря равен нулю. Подпитывая добавочные полюса сначала в одном, а затем в другом направлении ( за счет изменения направления тока подпитки) можно установить величину тока подпитки, при котором начнется первое заметное на глаз искрение. Причиной искрения является ЭДС вращения , создаваемое в коммутируемой секции полем добавочных полюсов. Если пренебречь явлением гистерезиса, то подпиточные токи различных знаков, вызывающие искрение под щетками при холостом ходе , должны быть равны.

Неравенство токов говорит о смещении щеток с линии геометрической нейтрали. Если бы машина имела поле добавочных полюсов, которое создавало ЭДС, уравнивающую ЭДС , и пренебрегая влиянием плотности тока на сопротивление щетка-коллектор, то кривые подпитки имели бы вид двух прямых, параллельных оси абсцисс, находящихся от нее на одинаковом расстоянии как в своей положительной, так и отрицательной ветви ( прерывистые линии на рисунке а ).

Однако у реальной машины даже при оптимальной настройке дополнительных полюсов  имеются секции, у которых . Поэтому при токе якоря, не равном нулю, для секций у которых , в случае подпитки добавочный ток  может быть записан: