www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе |
Динамо-машины Нагревание и охлаждение
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 [ 81 ] 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92
гую и происходящее при этом изменение тока в ней с одного направления на другое. Процессы, возникающие прн этом в секции и под щеткой, называются коммутационными процессами. Их исследование представляет собой важную задачу, так как от ее правильного решения в большой степени зависит надеж-V ность работы коллекторной машины.
Под коммутацией в широком смыс-л? слова понимаются все явления и процессы, возникающие под щеткой при работе машины. Говорят, что у машины хорошая коммутация, если нет искрения под щетками, и плохая коммутация, если под щетками возникает искрение.
Искрение щеток вызывается различными причинами. Оно может быть обусловлено механическими неисправностями: laquo;эллиптичностью raquo; коллектора, плохой стяжкой его пластин, шероховатостью его поверхности, выступа-нием в отдельных местах слюды- над коллекторными пластинами, дрожа-адем щеткодержателей, щеточных болтов, траверсы и пр.
При указанных неисправностях в отдельные моменты времени будет нарушаться контакт щетки с коллектором и происходить разрыв цепи с током, что и приводит к искрению.
Неправильно подобранные щетки, чрезмерное или слишком слабое нажатие щеток на коллектор, неправильная их расстановка по коллектору т;акже могут I послужить причинами искрения под щетками.
Современные способы изготовления коллектора исей щеточной аппаратуры позволякЛ- получить эти части машины вполне надежными и удовлетворительно работающими в отношении коммутации.
Коммутационные процессы отличаются большой сложностью, так как они протекают под влиянием многочисленных факторов. Их теоретическое исследование встречает большие гatpyднёния и возможно только при ряде допущений. Поэтому здесь важное значение имеют правильно и тщательно поставленные эксперименты.
Много дали для понимания коммутационных процессов теоретические и особенно экспериментальные работы академика К- И. Шенфера, проф.
Рис. 5-27. Изменение тока в секции за время прохождения ею двух полюсных делений.
В. Т. Касьянова и других советских ученых .
Затруднения обычно возникают при решении вопросов, связанных с коммутацией в быстроходных мощных машинах [если произведение мощности на скорость вращения близко к предельным значениям: Р (2,Ъ-=гЪ.Ъ) W квт об/мин]. Однако в настоящее время выводы теории и главным образом большой опыт, накопленный отечественными заводами, позволяют и для таких машин эти вопросы разрешать вполне удовлетворительно.
Рассмотрим вначале изменение тока в секции обмотки якоря при его вращении. Оно представлено кривой на рис. 5-27. Когда секция находится в одной параллельной ветви, то за время прохождения ею полюсного деления ток в ней сохраняет свое значение
При переходе секции в другую параллельную ветвь ток в ней быстро изменяется с одного направления на другое за время Тк замыкания ее щеткой и далее имеет то же значение ia, пока секция не будет снова замкнута щеткой. Время Тк называется периодом Коммутации. Обычно оно составляет тысячные доли секунды. Вид кривой изменения тока в секции (рнс. 5-27) объясняется тем, что ток в ней, пока она не замкнута щеткой, создается постоянной э. д. с. Еа всей параллельной вегви, а не э. д. с. одной секции.
Обратимся к рис. 5-28, где изображена секция простой петлевой обмотки, замкнутая щеткой. Будем прене-
О. Г. В е г и е р. Теория и практика ком-; мутации машин постоянного тока, Госэнергоиздат, 1961.
брёгать толщиной изоляционной прослойки между коллекторными пластинами и примем, что щирина щетки равна щирине коллекторной пластины.
Секция, замкнутая щеткой, называется коммутируемой сек-П и е й.
В момент, когда набегающий край щетки получит соприкосновение с пластиной 2, имеем начало коммутации. Примем, что конец коммутации получается в момент, когда пластина 1 отойдет от щетки.
Будем пренебрегать сопротивлениями самой секции и соединительных проводников между секцией и коллекторными пластинами. Они незначительны по сравнению с сопротивлениями переходного контакта между щеткой и коллекторными пластинами. Обозначив сопротивления переходных контактов сбегающего и набегающего краев щетки через Г] и Гг, составим уравнение напряжении для указанного на рис. 5-28 контура:
noMuj/mups/еиме секцищ
ij. - Lr, - Ее;
(5-27)
здесь Ее - сумма э. д. с, наведенных в коммутируемой секции. В эту сумму входят э. д. с. самоиндукции и взаимной индукции (рис. 5-29) и э.д.с. внещ-него поля, имеющего место в коммутационной зоне, причем под последней понимается та часть поверхности якоря, где лежат стороны коммутируемых секций.
Подставив в (5-27) равенства (рис. 5-28)
= (5-28)
1 = 1-1,
получим:
(5-29) (5-30)
Сбегающий гтЬ Набегающий край щетки xjKpau щетки
Рис, 5 28. Коммутируемая секция.
/7йл? cam- и взаимной индукции
Рис. 5-29. Коммутируемые секции.
Примем, что г, и не зависят от плотности тока и что они обратно пропорциональны площадям соприкосновения соответственно сбегающего края щетки Sj и набегающего края щетки S;
(5-31)
Площадь Sj пропорциональна времени протекшему от начала коммутации, а площадь S, - времени -t, оставшемуся до конца коммутации. Поэтому можем написать:
(5-32)
в действительности л, и гг зависят от плотности тока, так как ток проходит не только через точки непосредственного соприкосновения щетки с коллекторными пластинами, ио raquo; через тонкие воздушные прослойки между ни- ми, в которые к тому же попадает увлажненный воздух. Следовательно, мы здесь имеем также ионные процессы, в том числе и элек-1ролитические. которые не могут быть точна рассчитаны. Кроме того, надо отметить нестабильность контакта щетки с коллекторными пластинами, в особенности ее сбргающего края, что приводит к изменению периода коммутации, отличающегося в действительности от его расчетного значения Гк. Принятое нами допущение позволяет все же проследить приближенно процессы с их качественной стороны и получить некоторые исходные данные для расчета дополнительных полюсов, которые могут быть уточнены опытной проверкой.
б) Прямолинейная коммутация. Допустим, что сумма э. д. с, наведенных в коммутируемой секции, в любой момент времени равна нулю: Se = 0. Тогда равенство (5-30) принимает вид:
-Т- (5-33)
Отсюда, учитывая (5-32), получим:
2 lt;
(5-34 gt;
Полученное равенство показывает, что в рассматриваемом случае ток i в коммутируемой секции будет линейной функцией времени (рис. 5-30). Такая коммутация называется прямолинейной. При прямолинейной коммутации плотность тока под щеткой в любой момент времени будет распределена равномерно.
Плотности тока
краем щетки
краем щетки Д,=
под набегающим , под сбегающим
Так как S, = /
и S.-r-/, то Д,Е-4 =
= tga, и
а, (рис. 5-30); но а,- а,
следовательно, A, = Aj.
в) Криволинейная коммутация. Рассмотрим э. д. с, наведенные в коммутируемой секции. Примем, что в коммутационной зоне нет внешнего поля (например, при положении щеток на физической нейтрали). В этом случае в коммутируемой секции будут иметь место только э. д. с. самоиндукции и э. д. с. взаимной индукции. Последняя будет наводиться вследствие изменения тока и создаваемого им поля соседней секции, замкнутой другой щеткой (рис. 5-29).
Результирующая э. д. с. самоиндукции и взаимной индукции называется .реактивной э. д. с, Обозначим ее через ей. Она согласно закону Ленца будет задерживать изменение тока. Ток ( вследствие этого будет проходить нулевое значение позже, чем при прямолинейной коммутации (рис. 5-3 ). Такая коммутация называется з а-медленной. При замедленной коммутации плотность тока на сбегающем крае щетки возрастает. Здесь Aitgci
, Рис. 5-30. Прямолинейная коммутация.
Рис. 5-31. Замедленная коммутация.
будег больше, чем A2=tga2. В этом случае может быть искрение при разрыве цепи в момент, когда коллекторная пластина / отходит от щетки, так
как реактивная э. д. с. ен=-L
(Lr учитывает индуктивность и взаимную нндуктивносгь коммутируемой секции) достигает больших значении из-за большой скорости изменения тока di/dl в конце периода коммутации.
Электродвижущая сила, наведенная в коммутируемой секции внещним полем, называется коммутирующей; обозначим ее через вк. Полярность внешнего поля устанавливается таким образом, чтобы ек была направлена против е. Если при этом е gt;ен. то процесс изменения тока г ускоряется (рис. 5-32). Коммутация называется ускоренной. При ускоренной коммутации перегружается током набегающей край щетки. При его чрезмерной перегрузке может возникнуть искрение в моменты замыкания секции, когда пластина 2 подходит к щетке.
г) Электродвижущие силы коммутируемой секции. Вначале найдем реактивную э д. с. При этом будем считать, что ширина секции равна полюсному делению и что.
ширина щетки йщ равна ширине коллекторной
пластины ft.
этого случая можем напи-
сать:
(5-35 gt;
Здесь мы опускаем знак минус и считаем, что-закон изменения тока dUdt в коммутируемых секциях один и тот же; индуктивность Z. учитывает и взаимную индуктивность. Ее мы може raquo; найти следующим образом:
Т = ~Т~ 1г= cAr.
где ij gt; и И)- потокоспеплеиие секции и ее число витков;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 [ 81 ] 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |