Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Способы улучшения коммутации



Анализ причин искрения

Искрение щеток на коллекторе может происходить по несколь­ким причинам, которые условно можно разделить на механиче­ские, потенциальные и электромагнитные.

Механические причины искрения связаны с некачественным изготовлением коллектора и щеточного аппарата. Неровная по­верхность коллектора, отдельные выступающие коллекторные пластины, биение коллектора из-за его эксцентриситета или оваль­ности, заедание и вибрация щеток в щеткодержателях и ряд дру­гих причин приводят к механическому нарушению контакта меж­ду щеткой и коллектором и появлению искрения.

Потенциальной причиной искрения является повышение на­пряжения между соседними коллекторными пластинами . При неблагоприятных условиях это может привести к аварийному яв­лению — круговому огню на коллекторе.

Электромагнитная причина искрения является основной, и связана она с протеканием электромагнитных процессов в ком­мутируемых секциях.

При коммутации в секции, замкнутой щеткой, происходит из­менение направления тока на противоположное. Так как секция обладает индуктивностью то в ней будет наводиться ЭДС само­индукции .В общем случае, когда ширина щетки больше ширины одной коллекторной пластины ( ), одновременно коммутиру­ются и рядом лежащие секции, которые могут иметь электромаг­нитную связь с рассматриваемой секцией. Следовательно, помимо ЭДС самоиндукции в каждой коммутируемой секции наводятся ЭДС взаимной индукции от соседних коммутируемых секций . ЭДС коммутируемой секции, равная сумме ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимной индукции, называется реактивной ЭДС :

.

Реактивная ЭДС по правилу Ленца стремится задержать изме­нение тока в коммутируемой секции, и ее направление совпада­ет с направлением тока в секции до начала коммутации. Кроме реактивной ЭДС в коммутируемой секции наводится ЭДС вращения от внешнего поля, имеющегося в зоне коммутации. Обычно середина этой зоны совпадает с геометричес­кой нейтралью машины (поперечной осью). Внешнее поле создается или поперечным полем якоря, или до­полнительными полюсами. В зависимости от направления внешнего поля ЭДС вращения может иметь согласное или встречное направление с реактивной ЭДС.

Таким образом, при работе машины в коммутируемой секции действует результирующая ЭДС

которая создает добавочный ток коммутации , протекающий в контуре, образованном коммутируемой секцией и щеткой. Если в момент времени , когда сек­ция выходит из состояния короткого замыкания, ток не дос­тигает нулевого значения, то происходит механический разрыв этого тока. При этом запасенная в секции энергия, равная , высвобождается в виде искрового разряда между щеткой и кол­лектором. Интенсивность искрения зависит от запасенной в сек­ции электромагнитной энергии.



На процесс коммутации в машинах постоянного тока суще­ственное влияние оказывает переходное сопротивление контакта между щеткой и коллектором. Механизм прохождения тока в этом контакте отличается большой сложностью и зависит от целого ряда факторов. Обычно в соответствии со стандартом для электри­ческих машин задается падение напряжения в щеточном контакте на пару щеток , которое зависит от их типа. В машинах посто­янного тока находят применение графитные, угольно-графитные и электрографитированные щетки, для которых = 1,5...3,0 В. В электрических машинах низкого напряжения применяются металлографитные щетки с = 0,5...2 В.

Виды коммутации

Характер протекания коммутационного процесса в машинах постоянного тока зависит от закона изменения тока в секции за период, когда она накоротко замкнута щеткой. В основу классиче­ской теории коммутации положено предположение, что переходное сопротивление между щеткой и коллектором является постоянным и не зависящим от плотности тока в щетке , т.е. зависимость считается линейной.

Рис. 22.3. Расчетная схема для вывода закона изменения тока в коммутируемой секции:

1 — коммутируемая секция; 2-4 — коллекторные пластины

 

Процесс коммутации рассмотрим на примере простой петлевой обмот­ки. Ширина щетки равна ширине коллекторной пластины . При заданном направ­лении вращения якоря (рис. 22.3) коммутация секции 1 начнет­ся с того момента, когда коллекторная пластина 3 войдет в со­прикосновение с правым краем щетки, который называют набе­гающим. С этого момента секция 1 будет замкнута щеткой накоротко и в ней будет происходить изменение тока (от до ). При дальнейшем перемещении якоря через период ком­мутации коллекторная пластина 2 выйдет из соприкосновения со щеткой под ее левым краем (сбегающим). В этот момент ком­мутация секции 1 закончится, секция перейдет в другую парал­лельную ветвь обмотки и ток в ней поменяет направление на противоположное по сравнению с его направлением до начала коммутации.Можно показать, что закон изменения тока в коммутируемой сек­ции будет иметь вид:



(22.2)

Из уравнения видно, что характер изменения тока за период коммутации зависит от значения суммарной ЭДС и ее зна­ка. В зависимости от этого различают три вида коммутации.

Прямолинейная коммутация в машинах постоянного тока имеет место при . Для этого реактивная ЭДС в любой момент времени должна быть скомпенсирована ЭДС вращения . При выполнении этого условия ток в коммутируемой секции

где — ток, соответствующий прямолинейной коммутации.

Рис. 22.4. Изменение тока в комму­тируемой секции при прямолиней­ной коммутации

Замедленная коммутация про­исходит в том случае, когда ре­активная ЭДС имеет большее значение, чем компенсирующая ее ЭДС вращения ,а также тогда, когда совпадает по направлению с .


Рис. 22.5. Изменение тока в комму­тируемой секции при замедленной коммутации

В соответствии с (22.2) ток при замедленной коммутации можно представить в виде двух составляющих:

(22.3)

Замедленная коммутация обычно наблюдается в машинах постоянного тока без дополни­тельных полюсов со щетками, ус­тановленными на геометриче­ской нейтрали, а также в маши­нах, имеющих слабые (недоста­точные для компенсации ЭДС ер) дополнительные полюсы. Добавочный ток стремится задержать изменение тока в коммутируемой секции, т.е. ток в секции изменяется медленнее и проходит через нулевое значение позже, чем при прямолиней­ной коммутации , поэтому такая коммутация и называ­ется замедленной.

Ускоренная коммутация имеет место, если ,что наблюдается в машинах по­стоянного тока при сильных до­полнительных полюсах. При ус­коренной коммутации появив­шийся добавочный ток имеет противоположное направление по сравнению с током при за­медленной коммутации. Следова­тельно, ток будет изменяться быстрее, чем при прямолиней­ной коммутации, а плотность тока под набегающей частью щетки будет больше, чем под сбегающей ( ).

Рис. 22.6. Изменение тока в коммутируемой секции при ускоренной коммутации

 

 

Однако небольшое ускорение коммутации , при кото­рой ток достигает значения, близкого к току параллельной ветви до завершения коммутации, является желательным

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 его значения. Добавочный ток

Следовательно, уменьшить ток можно или увеличением со­противления , или уменьшением результирующей ЭДС , на­водимой в коммутируемой секции.

Улучшение коммутации путем увеличения сопротивления ком­мутируемой секции.Сопротивление цепи коммутируемой секции состоит из сопротивления самой секции, сопротивления выводов секции, соединяющих ее с коллектором, и переходного сопро­тивления щеточного контакта. Сопротивления секции и выводов малы по сравнению с , а их увеличение приведет к росту элек­трических потерь и снижению КПД.

В машинах постоянного тока сопротивление щеточного кон­такта увеличивают за счет применения графитовых щеток марок ЭГ, Г и других, значение которых находится в пределах 1,7... 2,7 В. Чем тяжелее условия коммутации, тем целесообразнее выбирать щетки с большим значением .

Для увеличения сопротивле­ния применяют анизотропные щетки, поперечное сопротивле­ние которых существенно больше продольного, по которому про­текает основной ток . Таким образом удается уменьшить доба­вочный ток без увеличения электрических потерь в щеточном контакте от основного тока .

Улучшение коммутации путем уменьшения реактивной ЭДС.Этот метод в основном относится к машинам, не имеющим дополни­тельных полюсов. Значение реактивной ЭДС может быть получено по формуле Пихельмайера

где — число витков в секции; — расчетная длина якоря; А — линейная нагрузка якоря; — окружная скорость якоря; удель­ная магнитная проводимость для потоков рассеяния коммутируе­мых секций.

Из формулы видно, что уменьшить реактивную ЭДС можно путем уменьшения входящих в нее величин. Практикой установлено, что для удовлетворительной комму­тации среднее значение в секции не должно превы­шать 0,5...0,7 В.

Улучшение коммутации путем создания коммутирующего поля в зоне коммутации.Наиболее целесообразно улучшать коммута­цию посредством компенсации реактивной ЭДС. Для этого в зоне, где располагаются проводники коммутируемых секций, необхо­димо создать магнитное поле, которое будет наводить ЭДС вра­щения, имеющую направление, противоположное направлению реактивной ЭДС, и равную или несколько превышающую ее. Та­кое магнитное поле и наводимую им ЭДС называют соответ­ственно коммутирующим полем и коммутирующей ЭДС. Разность соответствует прямолинейной коммутации в машине, а при коммутация будет носить ускоренный характер. Для того чтобы получить оптимальную ускоренную коммутацию, сле­дует увеличить ЭДС , т.е. принять ее равной (1,1... 1,15) .

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

1. Создание коммутирующего поля с помощью дополнитель­ных полюсов — это основной способ улучшения коммутации в машинах постоянного тока. В настоящее время дополнительные полюсы применяются во всех машинах мощностью от 1 кВт.

Рис.22.5. Схема установки допол­нительных полюсов

Дополнительные полюсы располагаются между основны­ми полюсами по поперечной оси машины (геометрической нейт­рали), как показано на рис. 22.5. Щетки у машин с дополнитель­ными полюсами также устанав­ливаются на геометрической нейтрали. Число дополнительных полюсов обычно равно числу главных полюсов. Сердечники этих полюсов обычно собирают из отдельных листов электротех­нической стали.Магнитное поле дополни­тельного полюса создается ка­тушкой, расположенной на его сердечнике. Катушки полюсов соединяются между собой, образуя обмотку возбуждения дополнительных полюсов. Полюсы должны иметь чередующуюся полярность, согласованную с полярностью главных полюсов. Полярность каждого из дополнительных полю­сов выбирается таким образом, чтобы наводимая его полем ЭДС была направлена навстречу реактивной ЭДС.

Обмотка дополнительных полюсов включается последо­вательно с обмоткой якоря. Кроме того, магнитная цепь дополни­тельных полюсов должна быть ненасыщенна.

2. Создание коммутирующего поля путем сдвига щеток с гео­метрической нейтрали для получения коммутирующего поля при­меняется в машинах, не имеющих дополнительных полюсов. Щетки сдвигаются с нейтрали таким образом, чтобы коммутируемые сек­ции располагались за физической нейтралью, т.е. в зоне, где име­ется поле главных полюсов. Щетки следует сдвигать с геометри­ческой нейтрали по направлению вращения якоря в генераторах ипротив направления вращения — в двигателях.

Рис 22.6 Схема включения обмотки дополнительных полюсов (ОДП) и конденсаторов для уменьшения радиопомех.

При коммутации возникают электромагнитные колебания с частотой в несколько тысяч герц. Эти колебания вызывают радиопомехи, затрудняющие работу радиотехни­ческой аппаратуры. Для борьбы с помехами обмотку дополнитель­ных полюсов разбивают на две части, которые подсоединяют к щеткам разной полярности (рис. 22.6). Для того чтобы эти высо­кочастотные колебания не выходили за пределы машины, между ее корпусом и выводами обмотки якоря включают конденсаторы (емкостный фильтр).

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!