Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
чрезмерной, так как при перегрузках возможен перегрев отдельных коллекторных пластин. Особенно опасно это явление для двигателей постоянного тока, работающих в условиях затяжных пусков (например, для тяговых двигателей электровозов, экскаваторов и т.п.). Во избежание перегрева отдельных пластин и возникновения деформации коллектора плотность тока под щетками при длительных перегрузках таких машин не должна превышать 20 А/см2.
Важную роль в процессе коммутации играют щетки, которые по своей физической природе являются нелинейными сопротивлениями. При быстром увеличении плотности тока под сбегающим краем щетки сопротивление щетки резко возрастает, что ведет к уменьшению остаточного тока или полному его устранению, даже в случае, когда коммутация является неидеальной. В электрических машинах большой и средней мощностей применяют электрографитированные щетки с большим падением напряжения в скользящем контакте (2,43,5 В на пару щеток). Такие щетки получают в электропечах путем нагревания заготовок из угля и кокса до температуры 20002500 С, при этом они принимают структуру графита, а поэтому называются электрографитированными. На рис.2.41 показаны типичные зависимости падения напряжения 2?ищ в контакте коллектор щетка от плотности тока ?щ для электрографитированных (кривая 1) и угольно-графитных (кривая 2) щеток. Соответствующим выбором марки щетки часто удается улучшить коммутацию машины. В тихоходных машинах применяют твердые щетки с наибольшим переходным сопротивлением. Для быстроходных машин (при линейной скорости 40м/с и выше) приходится брать мягкие щетки, хотя они быстрее изнашиваются и имеют меньшее переходное сопротивление.
Рис.2.41 Зависимости падения, напряжения под щетками от плотности тока
Таблица 2.2
Типы щетокМаркаНоминальная плотность тока, А/см2Переходное падение напряжения на пару щеток, ВОкружная скорость, м/сУдельное нажатие, Н/см2Коэффициент тренияОбласть примененияУгольно-графитныеУГ4721222,50,25Для генераторов и двигателей со средними условиями коммутацииГрафитные611М10122402 2,50,25Для генераторов и двигателей с облегченными условиями коммутацииЭлек-трогра-фитиро-ванныеЭГ2А
ЭГ4
ЭГ8
ЭГ1410
12
10
10112,6
2
2,4
2,545
40
40
4022,5
1,52
24
240,23
0,25
0,25
0,25Для генераторов и двигателей со средними и затрудненными условиями коммутацииМедно-графит-ныеМГ2 МГ420
150,5
1,120
201,82,3
22,50,2
0,2Для низковольтных генераторов и контактных колец
Технические данные наиболее часто используемых марок щеток и области их применения приведены в табл. 2.2. Подбор щеток обычно производится экспериментально.
На характер коммутации оказывает также влияние дифференциальный поток рассеяния, проходящий по коронкам зубцов, и поток главных полюсов.
Дифференциальный поток рассеяния по коронкам зубцов Фz (см. рис.2.42, а) замыкается через сердечник добавочного полюса. При вращении якоря изменяется положение середины паза с коммутируемыми секциями относительно сердечника (см. положения паза, показанные на рис.2.42, а, б), что приводит к изменению потока Фz и периодическому изменению индуктивности секции Lc.
Рис.2.42 Изменение дифференциального потока рассеяния, проходящего по коронкам зубов, при перемещении паза с коммутируемыми секциями:
1 сердечник добавочного полюса, 2 паз
Величина реактивной э.д.с. будет при этом определяться выражением
(2.60)
и может существенно отличаться от средней э.д.с. ер.ср. В результате возникает искрение под щетками. Для уменьшения дифференциального потока рассеяния целесообразно увеличивать зазор под добавочным полюсом. В машинах большой мощности этот зазор обычно делают равным 8 15мм, соответственно увеличивая число витков обмотки добавочных полюсов. Иногда, для того чтобы уменьшить скорость изменения потока Фz, на наконечники дополнительных полюсов устанавливают короткозамкнутые витки. Такой виток выполняют из меди или бронзы в виде фланца; он одновременно служит конструктивной деталью, крепящей катушку добавочного полюса. Однако, улучшая коммутацию в стационарных режимах, короткозамкнутые витки будут ухудшать коммутацию при резких изменениях тока якоря.
Влияние главных полюсов на процесс коммутации заключается в том, что поток Фв, созданный обмоткой возбуждения, частично попадает в зону коммутации. При симметричной магнитной системе и чередующейся полярности главных полюсов, как это обычно имеет место, величина результирующего потока в зоне коммутации не изменяется, т.е. сохраняется условие ер.ср + ек.ср = 0. Однако поле в зоне коммутации деформируется, усиливаясь, с одной стороны, и уменьшаясь, с другой. На рис.2.43 показано распределение индукции Вк в зоне коммутации: а созданной м.д. с. Fдo6 добавочных полюсов; б созданной м.д.с. Fв главных полюсов; в-результирующего магнитного поля. Нарушение симметрии магнитного поля в зоне коммутации приводит к неблагоприятному характеру коммутации; при этом токосъем переносится на край щетки.
Еще большие расстройства коммутации могут возникнуть из-за нарушения магнитной симметрии машины, например, в результате технологических отклонений при установке щеткодержателей, главных или добавочных полюсов, когда изменяется поле в зоне коммутации. Чтобы уменьшить влияние поля главных полюсов на процесс коммутации, снижают