Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
завода.
Таблица 2.1.
Степень искрения (класс ком мутации)Характеристика степени искренияСостояние коллектора и щеток1Отсутствие искрения (темная коммутация)1 1/4Слабое точечное искрение под небольшой частью щеткиОтсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках1 1/2Слабое искрение под большей частью щеткиПоявление следов почернения на коллекторе, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках2Искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и перегрузкахПоявление следов почернения на коллекторе, неустраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках3Значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных и вылетающих искр. Допускается только для моментов прямого (без реостатных ступеней) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работыЗначительное почернение на коллекторе, неустраняемое протиранием коллектора бензином, а также подгар и разрушение щеток
В эксплуатации может наблюдаться искрение значительно большей интенсивности, поскольку машина работает в форсированных режимах (при перегрузках или повышенной частоте вращения). Повышенное искрение щеток может вызываться и другими особенностями эксплуатации: вибрацией и ударами машины, работой на высоте более 1000м над уровнем моря, работой в запыленных помещениях или в агрессивной среде и т.д. Поэтому технические требования, предъявляемые к разработке машин постоянного тока, должны обязательно учитывать условия их будущей эксплуатации.
Основное уравнение коммутации. При вращении якоря секции его обмотки переходят из одной параллельной ветви в другую, вследствие чего в них изменяется направление тока (рис.2.29, а). Большую часть времени ток секции равен току параллельной ветви ia = Ia/(2a). Изменение направления тока в секции происходит за период времени Тк, в течение которого соединенные с секцией коллекторные пластины соприкасаются со щеткой (рис.2.29, б). Время Тк, в течение которого секция оказывается замкнутой накоротко щеткой, называют периодом коммутации; секции, в которых изменяется ток, называют коммутируемыми.
Период коммутации
(2.16)
где bщширина щетки; vкокружная скорость коллектора.
Рис.2.29 Направление тока в параллельных ветвях обмотки якорк (а) и график изменения тока в секции (б)
В современных машинах Тк 0,001 0,0001с, вследствие чего средняя скорость изменения тока в секции (di/dt)cp 2iа/Tк очень велика. Следовательно, в секции может индуктироваться большая э.д.с. само- и взаимоиндукции, называемая реактивной э.д.с:
,(2.17)
где Lpрезультирующая индуктивность секции, определяющая величину реактивной э.д.с.
Название реактивная обусловлено тем, что согласно правилу Ленца эта э.д.с. препятствует изменению тока замедляет его.
Помимо реактивной э.д.с. в коммутируемой секции индуктируется также э.д.с. вращения ек, создаваемая внешним магнитным полем и называемая коммутирующей:
,(2.18)
где Вкиндукция в воздушном зазоре, в зонах, где перемещаются коммутируемые секции.
Индукция Вк может создаваться м. д. с. главных полюсов и реакции якоря, а также м. д. с. добавочных полюсов, которые устанавливают в машинах постоянного тока с целью улучшения процесса коммутации.
Установим закон изменения тока в секции в период коммутации, полагая для простоты, что ширина щетки равна ширине коллекторной пластины. На рис.2.30 показаны три основных этапа коммутации. В первый момент времени (рис.2.30, а) ток i в коммутируемой секции, присоединенной к пластинам 1 и 2, равен ia и направлен от пластины 2 к пластине 1. Ток щетки 2ia проходит целиком через пластину 1, т.е. i1 = 2i? и i2= 0. В промежуточном положении (рис.2.30, б) одна часть тока щетки 2ia проходит по-прежнему через пластину 1, а другая часть через пластину 2, причем i1 + i2 = 2iа. К концу периода коммутации (рис.2.30, в) пластина 1 выходит из-под щетки и ток, проходящий через нее, становится равным нулю. При этом ток щетки 2ia проходит через пластину 2, т.е. i2 = 2ia и i1 = 0, а ток i в коммутируемой секции изменяет свое направление по сравнению с током в начальный момент коммутации.
Рис.2.30 Распределение тока в коммутируемой секции в различные моменты коммутации
Для контура коммутируемой секции, замкнутой щеткой (рис.2.30, б), можно написать уравнение
,(2.19)
где i1 и i2мгновенные значения токов, проходящих через пластины 1 и 2; i-ток в коммутируемой секции; r1 и r2сопротивления переходного контакта между щеткой и коллекторными пластинами: сбегающей 1 и набегающей 2; rссопротивление секции.
Поскольку сопротивление секции всегда значительно меньше сопротивлений щеточного контакта, влияние сопротивления rс на процесс коммутации весьма незначительно и им можно пренебречь. Тогда из (2.19) получим
.(2.19а)
Это уравнение называют основным уравнением коммутации. Оно является нелинейным дифференциальным уравнением с переменными коэффициентами, так как э.д.с. ер пропорциональна di/dt; э.д.с. ек является функцией Вк<