Коммутация: общие положения. Причины искрения на коллекторе, способы улучшения коммутации. Виды обмоток якоря. Потери и КПД машин постоянного тока, страница 10

Это нарушение тем сильнее, чем больше будут вихре­вые токи, которые увеличиваются с возрастанием размеров указанных частей магнитопровода. В некоторых случаях по этой причине переменная составляющая коммутирую­щего потока может изменить направление («опрокидыва­ние» поля), в результате чего коммутирующая ЭДС и ре­активная ЭДС совпадут по фазе и сложатся. На сдвиг коммутирующего потока существенное влияние оказывают потоки рассеяния дополнительных полюсов.

Если обмотка возбуждения главных полюсов также питается от выпрямителей, то за счет переменной состав­ляющей тока возбуждения будет происходить пульсация потока этих полюсов. В этом случае коммутируемую сек­цию можно рассматривать как вторичную обмотку транс­форматора, у которого обмотка возбуждения главных по­люсов является первичной обмоткой (рис. 44.19). Вслед­ствие пульсации потока в коммутируемой секции наводится ЭДС, которая называется трансформаторной. Значение 1-й гармоники этой ЭДС определяется по фор­муле

где f и Ф_~ — частота и амплитуда 1-й гармоники перемен­ной составляющей потока главных полюсов.

ЭДС E_T~ отстает от потока Ф_~ на угол 90° и в ком­мутируемой секции ничем не компенсируется. Из сказан­ного следует, что при питании двигателя от выпрямителей в коммутируемой секции появляется в общем случае не скомпенсированная ЭДС :

Эта ЭДС вызовет появление тока в коммутируемой сек­ции. Если ток превысит определенный предел, то при за­вершении коммутации, когда происходит разрыв этого то­ка, появится искрение щеток.

Установлено, что работа машины в коммутационном отношении будет протекать удовлетворительно, если сум­ма не скомпенсированных ЭДС, вызванных постоянной и переменной составляющими пульсирующего тока, не пре­вышает 0,5—0,7 В.

Осложнения в коммутации машин постоянного тока возникают также в переходных режимах. Это будет наблю­даться при питании двигателей как от выпрямителей, так и от источника постоянного тока.

В переходных режимах происходит резкое изменение тока в цепи якоря. Скорость изменения тока якоря di_a/dt доходит до 10—15 номинальных токов в секунду. При та­кой скорости магнитный поток дополнительных полюсов не успевает следовать за изменением тока. Замедление на­растания потока происходит из-за демпфирующего дейст­вия вихревых токов, индуцируемых в массивных сердеч­никах дополнительных полюсов и ярме статора. Вслед­ствие отставания магнитного потока реактивная ЭДС E_P не уравновешивается ЭДС Е_K, и во время быстрого изме­нения тока возникает интенсивное искрение щеток.

Кроме того, в переходных режимах наблюдаются толч­ки тока якоря, в несколько раз превышающие номиналь­ное значение. При больших токах возрастает поток до­полнительных полюсов, что может вызвать насыщение их магнитной цепи. В результате этого коммутирующая ЭДС не будет увеличиваться пропорционально току якоря, и, следовательно, не будет происходить в полной мере ком­пенсация реактивной ЭДС, что также приведет к искрению щеток.

Для улучшения коммутации машин, предназначенных для работы от выпрямительных устройств или с часто по­вторяющимися переходными режимами, стараются умень­шить влияние вихревых токов. Для этого станину и сер­дечники дополнительных полюсов выполняют шихтован­ными, т. е. собирают из стальных листов толщиной 1 — 0,5 мм. Благодаря этому в несколько десятков раз увели­чивается сопротивление вихревым токам. Уменьшению вихревых токов способствует увеличение числа полюсов машины, так как при этом уменьшаются поток полюса и, следовательно, размеры станины. Увеличение числа полю­сов приводит также к уменьшению трансформаторной ЭДС.. Кроме того, применяют меры по уменьшению пото­ков рассеяния дополнительных полюсов, для чего, напри­мер, их обмотку располагают ближе к якорю.

Улучшение взаимной компенсации переменных состав­ляющих реактивной и коммутирующей ЭДС в секции мо­жет быть достигнуто применением специальных схем пита­ния обмоток дополнительных полюсов. Идея работы этих схем заключается в том, чтобы изменить в нужном направ­лении соотношение и угол сдвига переменных составляю­щих токов якоря и дополнительных полюсов.

В некоторых случаях улучшение коммутации двигате­лей, питаемых от выпрямительных устройств, достигается уменьшением переменной составляющей тока, для чего по­следовательно с якорем включается индуктивность, сгла­живающая пульсации тока.