Коммутация: общие положения. Причины искрения на коллекторе, способы улучшения коммутации. Виды обмоток якоря. Потери и КПД машин постоянного тока, страница 6

При выборе щеток следует также иметь в виду, что при увеличении  возрастают электрические потери в ще­точном контакте, что приводит к снижению КПД машины. По этой причине применение щеток с необоснованно боль­шим значением  нежелательно.

Подбор щеток для конкретной машины обычно прово­дят на заводском стенде при настройке коммутации.

Уменьшение реактивной ЭДС. В первую очередь этот способ относится к машинам, не имеющим дополнитель­ных полюсов. Согласно (44.20) снижение Е_P возможно пу­тем уменьшения w_S, l_δ, А, ξ_р. Поэтому при проектировании машин постоянного тока стремятся увеличить число сек­ций обмотки якоря,, чтобы уменьшить число витков в каж­дой из них. Обычно у машин средней и большой мощности w_S=l, и только у машин небольшой мощности секции име­ют несколько витков. Стремятся уменьшить длину якоря также за счет увеличения его диаметра.

С повышением мощности машины для уменьшения ре­активной ЭДС снижают номинальную частоту вращения, а следовательно, и окружную скорость якоря υ_a.

Уменьшать линейную нагрузку А для снижения Е_P в большинстве случаев нецелесообразно, так как при этом увеличиваются размеры машины.

Снизить результирующую удельную проводимость ком­мутируемой секции ξ_р можно следующими способами:

применением менее глубоких, но более широких откры­тых пазов на якоре, при этом уменьшаются магнитная проводимость пазового рассеяния и рассеяние между ко­ронками зубцов;

применением ступенчатых обмоток и обмоток с укоро­ченным шагом, при этом часть сторон коммутируемых сек­ций, которые при диаметральном шаге располагались в од­ном пазу (рис. 44.11), перемещаются в соседние пазы (рис. 44.12), вследствие чего уменьшается взаимная индуктив­ность коммутируемых секций;

применением более широких щеток (увеличением β_Щ). При более широких щетках увеличивается период комму­тации, уменьшается скорость изменения тока в коммутируемой секции (di/dt) и, несмотря на возрастание количе­ства индуктивно связанных секций, реактивная ЭДС в большинстве случаев уменьшается.

Если машина не имеет дополнительных полюсов, то в коммутируемой секции кроме реактивной ЭДС наводится ЭДС от поля поперечной реакции якоря.

Эта ЭДС в соот­ветствии с законом электромагнитной индукции определя­ется по формуле

где B_q0 — индукция поля поперечной реакции якоря в гео­метрической нейтрали (см. рис. 43.6, B).

Направление ЭДС Е_BP от поперечной реакции якоря можно определить по рис. 44.13, а, б. На рис. 44.13 дано также распределение тока в проводниках обмотки якоря и направление реактивной ЭДС в коммутируемых секциях (проводники этих секций соприкасаются со щетками). На­помним, что направление реактивной ЭДС всегда совпада­ет с направлением тока в секции до начала ее коммутации.

Направление поля Ф_q, созданного током якоря, пока­зано стрелками. Применяя правило правой руки, можно установить, что направление ЭДС Е_BP совпадает с направ­лением реактивной ЭДС и будет еще больше ухудшать коммутацию машины.

Практикой установлено, что для удовлетворительной коммутации среднее значение  в секции не должно превышать 0,5-0,7 В.

Создание коммутирующего поля в зоне коммутации. Наиболее целесообразным способом улучшения коммутации является компенсация реактивной ЭДС. Для этого в зоне, где располагаются проводники коммутируемых сек­ций необходимо создать такое магнитное поле, чтобы ЭДС вращения была равна или несколько больше реак­тивной ЭДС и имела направление, противоположное реактивной ЭДС. Такое поле и наводимую им ЭДС называют соответственно коммутирующим полем и коммутирующей ЭДС е_K. Если получим, что е_P-е_K=0, то в машине будет прямолинейная коммутация, а если е_P-е_K<0, то комму­тация будет ускоренной.

Получить коммутирующее поле можно двумя путями: сдвигом щеток с геометрической нейтрали и с помощью дополнительных полюсов.

1. Создание коммутирующего поля путем сдвига щеток. Сдвиг щеток с геометрической нейтрали применяется в ма­шинах, не имеющих дополнительных полюсов. Щетки сдви­гаются с нейтрали таким образом, чтобы коммутируемые секции располагались за физической нейтралью ФН, в зо­не, где имеется поле главных полюсов (рис. 44.14).