Материал: Лекция 30 Теории коммутации МПТ

применяют анизотропные щетки, у которых поперечное сопротивление щетки существенно больше продольного, по которому протекает основной ток iа . Таким образом, удается уменьшить добавочный ток

iд без увеличения потерь в щеточном контакте от основного тока iа .

Улучшение коммутации путем уменьшения реактивной ЭДС.

Этот метод в первую очередь относится к машинам, не имеющим дополнительных полюсов. Значение реактивной ЭДС может быть получено по формуле Пихельмайера:

eр 2wsl Ava ,

где ws - число витков в секции, l - расчетная длина якоря, A - ли-

нейная нагрузка, va - окружная скорость якоря, - удельная магнит-

ная проводимость для потоков рассеяния коммутируемых секций.

Из последней формулы видно, что уменьшить реактивную ЭДС можно путем уменьшения входящих в нее величин. 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 ws 1). Стремятся также

уменьшить длину якоря за счет увеличения его диаметра. С повышением мощности машины для уменьшения реактивной ЭДС снижают номинальную частоту вращения (окружную скорость якоря va ).

Уменьшать линейную нагрузку якоря A для снижения eр , в боль-

шинстве случаев нецелесообразно, так как при этом увеличиваются размеры машины.

Уменьшение результирующей удельной магнитной проводимости достигается путем использования менее глубоких, но более широких открытых пазов на якоре (уменьшается проводимость пазового рассеяния), а также обмоток с укороченным шагом y1 (при этом часть

сторон коммутируемых секций, которые при диаметральном шаге располагались бы в одном пазу, перемещаются в соседние пазы, вследст-

ней и ЭДС самоиндукции es . Несмотря на то, что при этом возрастает

количество индуктивно связанных с ней секций, реактивная ЭДС уменьшается.

Практикой установлено, что для удовлетворительной коммута-

ции среднее значение e eр eвр в секции не должно превышать

0,5..0,7 В.

Улучшение коммутации путем создания 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 имела направление, противоположное направлению реактивной ЭДС и была бы равна или несколько превышала ее. Такое магнитное поле и наводимую им ЭДС называют соответственно коммутирующим полем и коммутирующей ЭДС eк . Если eр eк 0, то в машине будет прямолинейная

коммутация, а если eр eк 0, то коммутация будет носить ускорен-

ный характер. Для того чтобы получить оптимальную ускоренную коммутацию, следует увеличить ЭДС eк принять ее равной eк 1,1..1,15 ep .

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

Создание коммутирующего поля с помощью дополнительных

тельных 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, которая должна быть согласована с полярностью главных полюсов. Полярность каждого из дополнительных полюсов выбирается так, чтобы наводимая его полем ЭДС eк была направлена навстречу реактивной ЭДС. Как пока-

зано на рис. 3.12, если машина работает в режиме генератора, то дополнительный полюс должен иметь полярность следующего за ним (по направлению вращения якоря) главного полюса. В двигательном режиме полярность дополнительного полюса соответствует полярности предшествующего ему (по направлению вращения якоря) главного полюса. Магнитный поток дополнительных полюсов d имеет встречное направление по отношению к магнитному потоку якоря в зоне коммутации q .

Для того чтобы компенсация реактивной ЭДС происходила при любых значениях тока якоря, необходимо, чтобы магнитный поток дополнительного полюса и коммутирующая ЭДС изменялись, так же как реактивная ЭДС, пропорционально этому току. Для этого обмотка дополнительных полюсов включается последовательно с обмоткой якоря. Кроме того, магнитная цепь дополнительных полюсов должна быть ненасыщена, так как только при этом условии индукция

коммутирующего поля Bк и,

следовательно, ЭДС eк будут

пропорциональны току якоря. Поэтому воздушный зазор под дополнительными полюсами увеличивают по сравнению с зазором под главными полюсами. Увеличение воздушного зазора уменьшает пульсацию магнитного потока под полюсом из-

за зубчатого строения якоря, что также благоприятно сказывается на коммутации.

Создание коммутирующего поля путем сдвига щеток. Сдвиг щеток с геометрической нейтрали для получения коммутирующего

зали, что на завершающих стадиях коммутационного процесса происходит резкое уменьшение добавочного тока коммутации. Наличие коммутирующей способности у щеток ясно видно при рассмотрении осциллограмм добавочного тока (рис. 3.14). Если бы щетка выполняла роль рубильника, то ток разрыва соответствовал бы току, iк max.

Таким образом, щетки улучшают процесс коммутации при недокоммутации и перекоммутации, что невозможно добиться другими методами.

Коммутирующую способность щеток можно связать с ее вольтамперной характеристикой. О. Г. Вегнер вводит понятие о вынуждающей коммутирующей ЭДС

eк Uщ2 Uщ1 ,

При замедленном процессе коммутации плотность тока под сбегающей частью щетки больше, чем набегающей и Uщ2 Uщ1 . В

этом случае вынуждающая коммутирующая ЭДС действует встречно добавочному току коммутируемой секции, т.е. стремится ускорить процесс изменения тока.

Зависимость величины eк от свойств щетки, ярко выраженных в характере ее вольт-амперной характеристики, поясняется рис. 3.15 а, б.