Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
i>), при которой допустима большая разница между ер и ек. Поскольку в эксплуатации появление погрешности коммутации как в одну, как и в другую сторону (т.е. ускоренная и замедленная коммутация) равновероятно, при расчете и наладке машины предпочитают иметь слегка ускоренную коммутацию. Для того чтобы усилить благоприятные влияния падений напряжений u1 + u2 на процесс коммутации, в мощных машинах постоянного тока с затрудненной коммутацией применяют щетки с большим переходным сопротивлением, несмотря на то, что это увеличивает потери мощности в переходном контакте.
Закономерности коммутации, рассмотренные на простейшем примере, в основном сохраняются и для более сложных случаев, когда щетка перекрывает несколько коллекторных пластин и в пазу находится несколько секций. Однако имеются и некоторые отличия от простейшего случая.
Общий случай коммутации при ширине щетки, большей коллекторного деления и нескольких проводниках, лежащих в пазу. В общем случае, когда щетка 1 перекрывает несколько коллекторных пластин (рис.2.34, а), изменение тока происходит одновременно в нескольких секциях 2, лежащих в одном или нескольких пазах. На рис.2.34, б изображена диаграмма коммутации секций одного паза для обмотки, показанной на рис.2.34, а. Прямоугольники 3, 4, 5 и 6 показывают распределение во времени индуктивностей Lc секций, которые приняты равными их взаимоиндуктивностям Мс. Ширина каждого прямоугольника равна периоду коммутации
,(2.40)
где ? = bщ/bк коэффициент щеточного перекрытия (число коллекторных пластин, перекрываемых щеткой); bк = ?Dк/K-коллекторное делениерасстояние между серединами соседних коллекторных пластин.
Изменение токов i1, i2, i3 и i4 в рассматриваемых секциях происходит со сдвигом во времени
.(2.41)
Рис.2.34 Коммутация при перекрытии щеткой нескольких коллекторных пластин (а) и диаграмма коммутации секции одного паза (б)
Время коммутации всех ип секций, лежащих в каждом слое паза, при диаметральном шаге обмотки якоря
.(2.42)
Коммутация секций происходит в зоне коммутации, т.е. по дуге окружности якоря, в пределах которой перемещаются стороны секции, лежащие в пазах, во время коммутации. Ширину этой зоны bз.к (рис.2.35, а) можно получить, если умножить время Тп на окружную скорость якоря va:
.(2.43)
Ее можно также выразить через ширину щетки и коллекторное деление:
.(2.43а)
Из рис.2.34, б следует, что в рассматриваемом случае одновременно может происходить коммутация секций двух пазов: когда начинается коммутация секций любого n-го паза, продолжается коммутация секций предшествующего (п-1) го паза; заканчивается же коммутация секций n-го паза, когда уже замкнуты накоротко некоторые секции (п + 1) го паза. Таким образом, при исследовании процесса изменения тока в любой коммутируемой секции нужно учитывать индуктивное влияние секций, расположенных в том же и в соседних пазах. Для каждой из коммутируемых секций можно написать уравнение
,(2.44)
где ек коммутирующая э. д. с, создаваемая внешним полем (э.д.с. вращения); Lcdi/dt-э.д.с. самоиндукции, возникающая при изменении тока в секции (индуктируемая потоком рассеяния ФL, рис.2.35, б); ?Mкdiк/dt-э.д.с. взаимоиндукции, возникающие в рассматриваемой секции в результате влияния других коммутируемых секций (индуктируемые потоками взаимоиндукции Фм и Ф"м рис.2.35, б); Мк взаимоиндуктивность рассматриваемой секции с другой секцией, коммутируемой одновременно; iкток в секциях, коммутируемых одновременно; ?ir сумма падений напряжений в сопротивлениях коммутируемой секции.
Аналитическое решение уравнения (2.44) невозможно, так как входящие в него индуктивности и сопротивления являются нелинейными, а сопротивления r зависят, кроме того, от характера коммутации.
Рассмотрим процесс коммутации в общем виде и определим среднюю скорость изменения тока во всех секциях якоря. При этом воспользуемся следующими соображениями. За время, соответствующее повороту якоря на одно полюсное деление (рис.2.35, а)
,
происходит изменение направления тока во всех секциях S = N/(2?c) обмотки якоря, т.е. приращение тока в секциях
.
Следовательно, средняя скорость изменения тока во всех секциях обмотки якоря
.(2.45)
Так как изменение тока в секциях происходит только в период коммутации, выражение (2.45) определяет среднюю скорость изменения тока во всех коммутируемых секциях машины. Однако при анализе коммутации обычно рассматривают секции, находящиеся в одной зоне коммутации bз.к, т.е. коммутируемые одной щеткой.
При этом условии
.(2.45а)
Если принять скорость изменения тока в зоне коммутации постоянной, то постоянным будет и и полный ток, проходящий во всех секциях, которые расположены в этой зоне, вследствие чего поток взаимоиндукции Фм + Ф"м, замыкающийся через главные и добавочные полюсы (рис.2.35, б), будет постоянным. При этом условии взаимоиндукция соседних пазов проявляется только при скорости изменения тока в коммутируемых секциях, отличной от средней. Индуктивность же, обусловленная потоками рассеяния ФL, сказывается при любой скорости изменения тока.