Коммутация: общие положения. Причины искрения на коллекторе, способы улучшения коммутации. Виды обмоток якоря. Потери и КПД машин постоянного тока, страница 5

О коммутационной напряженности машин постоянного тока обычно судят по реактивной ЭДС. Чем меньше ре­активная ЭДС, тем легче в машине обеспечить удовлетво­рительную коммутацию, что выражается в безыскровой ра­боте щеточного контакта или работе его с допустимой сте­пенью искрения (см. табл. 44.1).

При вращении коллектора относительно неподвижных щеток меняется число одновременно коммутируемых сек­ций, вследствие чего изменяется мгновенное значение ре­активной ЭДС е_P. Для практических расчетов определяют среднее (за период коммутации) значение реактивной ЭДС E_P.

Найдем среднее значение ЭДС самоиндукции E_S. За пе­риод коммутации Т_K ток в секции меняется от +i_a до -i_a. Тогда

Индуктивность L_S обусловлена потоком рассеяния Ф_S созданным коммутируемой секцией с числом витков w_S при прохождении по ней тока i_a:

Поток Ф_S равен:

где  — магнитная проводимость для потока рассеяния коммутируемой секции.

В соответствии с рис. 15.1 поток рассеяния Ф_S можно разделить на три части: поток пазового рассеяния Ф_П по­ток между коронками зубцов Ф_Z и поток лобового рассея­ния Ф_Л. Первые две составляющие распределяются по длине активной части секции, а третья — по длине 2l_Л ло­бовых частей.

В соответствии с этим магнитную проводимость также можно представить тремя составляющими. Каждую со­ставляющую удобно выразить через соответствующий ко­эффициент удельной магнитной проводимости, представ­ляющий собой величину, пропорциональную проводимости на единицу длины:

где λ_П, λ_Z, λ_Л — коэффициенты удельной магнитной прово­димости для пазового рассеяния, рассеяния между корон­ками зубцов и лобового рассеяния (эти коэффициенты безразмерны и зависят только от геометрических разме­ров); (μ₀ — магнитная постоянная: μ₀ - 1,256∙10^-7 Гн/м;

С учетом (44.15) — (44.17) из (44.14) получим

В (44.18) выразим ток через линейную нагрузку  и заменим Т_K по (44.4). Тогда

где  — окружная скорость якоря;  — приведенная удельная магнитная прово­димость; К — число коллекторных пластин.

За счет ЭДС взаимной индукции среднее значение ре­активной ЭДС Е_P будет больше E_S. Обозначив E_P/E_S=σ (σ>1), получим

где  — результирующая приве­денная удельная магнитная проводимость коммутируемой секции (ξ_P является сложной функцией размеров паза, щетки, шага обмотки якоря, длины лобовых частей и др, ее определяют по формулам, которые обычно приводятся в руководствах по проектированию машин постоянного тока).

Приближенно можно принимать ξ_P=(5÷8)•10^-6 Гн/м для машин небольшой и средней мощности, а также для крупных тихоходных машин с малой длиной якоря и ξ_P=(3.5÷5)•10^-6 Гн/м для крупных тихоходных машин с большой длиной якоря и для крупных быстроходных ма­шин.

Формула (44.20) впервые предложена Пихельмайером. Она дает приближенное, несколько завышенное значение реактивной ЭДС.

Способы улучшения коммутации

Так как искрение щеток связано с разрывом добавоч­ного тока коммутируемой секции, то меры по улучшению коммутации направлены в первую очередь на уменьшение добавочного тока. Добавочный ток равен . Умень­шение этого тока можно получить снижением результиру­ющей ЭДС в коммутируемой секции  и увели­чением сопротивления r_Щ.

Увеличение сопротивления цепи коммутируемой секции r_Щ. Это сопротивление практически равно переходному со­противлению щеточного контакта, так как сопротивление самой секции относительно мало и им обычно пренебрега­ют. В машинах постоянного тока применяют щетки с по­вышенным значением переходного сопротивления, выпол­ненные главным образом из графита с примесями (марок ЭГ, Г и др.). Как уже отмечалось ранее, электрические свойства щеточного контакта обычно характеризуются ве­личиной, зависящей от переходного сопротивления, — пе­реходным падением напряжения на пару щеток  при номинальной плотности тока. Для указанных щеток значе­ние  лежит в пределах 1,7—2,7 В. Чем тяжелее условия коммутации, тем целесообразнее выбирать щетки с большим значением . Металлические щетки в ма­шинах постоянного тока, как правило, не применяют, так как они имеют малое переходное падение напряжения. Только в машинах с низким номинальным напряжением (27—30 В) применяют медно-графитовые щетки.