Коммутация машин постоянного тока

.

 

 

Коммутацией в электрических машинах называется процесс переключения секций обмотки из одной параллельной ветви в другую и связанные с этим явления. На рис. 1.13, а показана секция перед коммутацией на рис. 1.13,б – секция в процессе коммутации (замкнутая накоротко через щетки 1, 2), на рис. 1.13,в – секция после коммутации.

Процесс переключения секции протекает достаточно быстро: время коммутации одной секции, называемое периодом коммутации Тк, составляет примерно 0,001 – 0,0003 с. Явления, происходящие при коммутации, существенно влияют на надежность и долговечность работы машины постоянного тока.

При плохой коммутации появляется значительное искрение под щетками и связанное с ним обгорание коллектора.

Рис. 1.13

Ток i в короткозамкнутой секции 2 за время Тк меняет свое направление на противоположное: от +Iа до – Iа (рис. 1.14), где Iа – ток в параллельной ветви. Вследствие изменения тока в секции наводится ЭДС самоиндукции

.

Кроме этого, коммутируемая секция, если щетки расположены на геометрической нейтрали, пересекает поперечное поле якоря и поэтому в ней наводится ЭДС , называемая ЭДС вращения, где B_П– индукция поперечного поля. Обе ЭДС вызывают ток коммутации i_К, который замыкается по цепи: секция, коллекторная пластина, щетка, коллекторная пластина, секция (штриховая линия на рис. 1.13,б). От сопротивления этой цепи, а также от значений и направления е_L и зависит значение и направление тока i_К. Кроме того, по коммутируемой секции протекает часть тока якоря.

Если е_L и направлены навстречу друг другу и равны, то е_L + =0 и ток в коммутируемой секции изменяется по закону i = Iа (1– 2 t/Tк), т.е. линейно (рис. 1.14, прямая 1). В этом случае плотность тока под щеткой везде одинакова и не изменяется в процессе коммутации – искрение под щетками не наблюдается.

Однако практически е_L + ≠ 0. В этом случае ток i_К алгебраически суммируется с частью тока якоря в коммутируемой секции и общий ток в коммутируемой секции изменяется в соответствии с кривыми 2 или 3 (рис. 1.14). В первом случае коммутация называется замедленной, во втором – ускоренной. В обоих случаях плотность тока под щеткой неодинакова, особенно она велика в набегающей части щетки для генератора и в сбегающей – для двигателя. В результате возникает искрение под щеткой и на коллекторе.

50 Способы улучшения коммутации

обеспечением в машине прямолинейной или несколько ускоренной коммутации; это достигается созданием в зоне коммутации секции дополнительного магнитного поля такой величины и направления, чтобы е_L + =0;

Ø увеличением сопротивления короткозамкнутой цепи секции в целях уменьшения тока короткого замыкания; это достигается применением твердых графитовых щеток с повышенным переходным сопротивлением (мягкие медно-графитовые щетки с малым переходным сопротивлением применяются только в тихоходных машинах на напряжение до 30 В);

Ø тщательным контролем за состоянием поверхности коллектора и щеток.

Главным средством улучшения коммутации в машинах средней мощности являются дополнительные полюсы. Магнитное поле дополнительных полюсов подбирается таким образом, чтобы е_L + = 0 или было несколько больше нуля.

Дополнительные полюсы устанавливаются у всех машин постоянного тока мощностью свыше 1 кВт. В крупных машинах применение дополнительных полюсов сочетается с установкой компенсационной обмотки. В машинах малой мощности (менее 1 кВт) коммутацию настраивают поворотом щеток по направлению вращения у генераторов, а у двигателей – против направления вращения за положение физической нейтральной линии. Практически это положение определяется на глаз по наименьшему искрению под щетками. Улучшение коммутации поворотом щеток – малоэффективный метод, так как при изменении нагрузки положение физической нейтральной линии изменяется, а положение щеток остается фиксированным.

51Генераторы постоянного тока

Свойства генераторов постоянного тока во многом зависят от способа возбуждения. Существуют генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением могут возбуждаться от постоянных магнитов (магнитоэлектрическое возбуждение) либо от некоторого источника постоянного тока (электромагнитное возбуждение). Схема генератора с электромагнитным возбуждением представлена на рис. 6.22, а.
Генераторы с самовозбуждением различаются схемой включения обмотки возбуждения. В генераторе с параллельным возбуждением (рис. 6.22, б) обмотка возбуждения включается на зажимы якоря. В генераторе с последовательным возбуждением (рис. 6.22, в) обмотка возбуждения включается последовательно с якорем. В генераторе со смешанным возбуждением (рис. 6.22, г) существуют две обмотки возбуждения: одна включается параллельно, а другая последовательно с обмоткой якоря.
Генераторы параллельного возбуждения весьма распространены, так как не нуждаются в специальном источнике возбуждения. Обмотка параллельного возбуждения выполняется с большим числом витков так, чтобы ток возбуждения не превысил 2¸5% от номинального тока якоря. Генераторы последовательного возбуждения практического значения не имеют вследствие неудовлетворительных характеристик. Наиболее гибкой в отношении варьирования свойств и характеристик генератора является схема смешанного возбуждения. Обмотка последовательного возбуждения (ОВП) имеет малое число витков и выполняется из провода большого сечения, так как по ней проходит ток якоря. Она может включаться согласно или встречно с параллельной обмоткой. При согласном включении МДС обмоток возбуждения складываются, а при встречном - вычитаются. Обычно применяют согласное включение, причем основная часть МДС возбуждения (60¸80%) создается обмоткой параллельного возбуждения.