Диссертация (Снижение износа щеток в коллекторных машинах постоянного и переменного тока), страница 12

4.1). После испытаний на нагревание уштатных двигателей были заменены якоря на якоря со смещением щёток засчёт переподсоединения секций к коллектору по рис. 4.1 (в), уменьшено числовитков обмотки возбуждения (85 вместо 90), сняты уровень радиопомех помощности и напряжению (табл. 4.3, 4.4) и рабочие характеристики (табл. 4.2).Какпоказалиисследования,применениевдвигателеугловойшлифовальной машины МШУ-1,8-230 обмотки возбуждения с числом витков вкатушке 85 вместо 90 возможно при смещении щёток по направлению72вращения на одно коллекторное деление. Это приводит к увеличению частотывращения с некоторым повышением cos (табл.

4.2), степень искрения остаётсябез изменения. Уровень радиопомех увеличился при частоте 3,5; 45; 150;180 МГц на 7; 7,6; 9,1; и 7,5 дБ соответственно (табл. 4.3, 4.4).Модернизированный двигатель мощностью 1,8 кВт, а также егомодификации мощностью 2; 2,2 кВт с уменьшенным числом витков обмоткивозбуждения (соответственно на 10, 10 и 5 витков на каждый полюс) внедреныв серийное производство.

По результатам паспортной работы, проведённойАО «Лепсе» степень искрения в модернизированных машинах была на 1 баллменьше, чем при установке щёток на геометрическую нейтраль. Полученреальный годовой экономический эффект при программе выпуска 330000 шт вгод в размере 2674169 руб. Получен акт внедрения в серийное производство[Приложение V].Втаблице4.5представленырабочиехарактеристикидвигателямощностью 2 кВт привода угловой шлифовальной машины МШУ-2-230П(с номинальной частотой вращения двигателя 18000 об/мин).

Смещение щётокпротив направления вращения на одно коллекторное деление позволилоснизить искрение по всем режимам на один балл. Уровень радиопомех помощности и напряжению отличается незначительно и находится в пределахпогрешности измерений (табл. 4.6, 4.7). Предлагаемая модернизация внедрена всерийное производство, получен акт о внедрении в серийное производство наАО «Лепсе» [Приложение VI].У коллекторных двигателей переменного тока мощностью 2,4 кВтминимальное искрение наблюдалось в случае смещения щёток на 0,85 мм понаправлению вращения.Таким образом, в результате проведённых исследований разработанаметодика определения оптимального положения щёток в коллекторныхмашинах переменного тока за счёт смещения магнитной системы в корпусе.Экспериментально доказана возможность снижения искрения (в некоторыхслучаях) за счёт смещения щёток с геометрической нейтрали по направлению73вращения при постоянном тормозном моменте с улучшением техникоэкономических показателей за счёт использования подмагничивающегоэффекта продольной реакции якоря, позволяющего уменьшить число витковобмотки возбуждения.Таблица 4.1 - Усреднённые значения перегревов трёх двигателей МШУ-1,8-230при постоянной потребляемой мощности 1800 ВтУсловия опытаПерегрев обмоткивозбуждения, СПерегрев обмотки якоря,СНагрев коллектора, СаСерийныйдвигательСмещение щёток на 1 коллекторноеделение по направлению вращения74±2a77±365б7078±482±875±375±6116±4119±5106±6115±6верхняя строка – катушка обмотки возбуждения 90 витков (как у серийной машины);бнижняя строка – катушка обмотки возбуждения 85 витковТаблица 4.2 - Рабочие характеристики двигателя МШУ-1.8-230ХарактеристикаЗначениеP1*, Вт67010001340152017301800P1**, Вт6429301320151017001800I,* A2.634.756.57.58.79.3I**, А2.54.46.57.58.69.1n*, об/мин215571717015262145981404813487n**, об/мин213541701814834141111311112786cos *0.990.960.940.920.900.88cos **0.990.960.920.920.900.90КПД** / КПД*1.031.070.990.970.950.95* - серийный двигатель;** -значения при смещении щёток на 1 коллекторное деление по направлениювращения, число витков обмотки возбуждения 85.74Таблица 4.3 - Уровень радиопомех по напряжению МШУ-1,8-230Р51318.14.1-2006, дБУровеньрадиопомехсерийногодвигателя, дБУровень радиопомех присмещении щёток по рис.

1в,число витков обмоткивозбуждения Ws=85, дБ0,1675,4447500,2472,151500,556943451,06936361,46939362,06940383,56936436,0744240107445422274273030742730Частота,МГцУровень радиопомехпо ГОСТТаблица 4.4 - Уровень радиопомех по мощности МШУ-1,8-230Частота,МГцУровень радиопомехпо ГОСТР51318.14.1-2006, дБУровеньрадиопомехсерийногодвигателя, дБУровень радиопомех присмещении щёток по рис. 1в,число витков обмоткивозбуждения Ws=85, дБ305537,438..414555,634,4426556,343,4429057,236,434..3715059,533,940..4318060,630,536..3822062,128,127..293006528,82675Таблица 4.5 - Рабочие характеристики двигателя МШУ-2-230П№п/пХарактеристикиУсловия опытаМ,кгс·смСерийный двигатель1Смещение щётокна 1 коллекторное делениепротив направления вращения.Серийный двигательСмещение щётокна 1 коллекторное делениепротив направления вращения.234Смещение щётокна 1 коллекторное делениепротив направления вращения.Серийный двигательСмещение щётокна 1 коллекторное делениепротив направления вращения.678n, об/минСтепеньискрения,балл4,50,962100025,31,12229301½6,81,41893026,91,48204001½8,71,8174801½91,9184901¼10,72,2162102112,3170701½010Серийный двигатель5I, АР1,кВт2030Таблица 4.6 - Уровень радиопомех по напряжению МШУ-2-230П70Уровеньрадиопомехсерийногодвигателя, дБ55Уровень радиопомех присмещении щёток на 1коллекторное деление противнаправления вращения, дБ530,246648460,556045451,05946461,45840402,05734303,55632326,0523940105240402252262630521210Частота,МГцУровень радиопомех поГОСТР51318.14.1-2006, дБ0,1676Таблица 4.7 - Уровень радиопомех по мощности МШУ-2-230ПЧастота,МГцУровень радиопомехпо ГОСТР51318.14.1-2006, дБУровеньрадиопомехсерийногодвигателя,дБУровень радиопомех при смещениищёток на 1 коллекторное делениепротив направления вращения, дБ305539,439,44555,639,439,46556,339,440,49057,228,429,415059,538,940,918060,630,531,522062,127,128,13006528,828,84.2 Причины снижения искрения токоведущих щёток при нетрадиционном смещении их по направлению вращения якоряДля анализа причины снижения искрения в коллектоных электрическихмашинах переменного тока при нетрадиционном смещении щёток понаправлению вращения и отсутствия в некоторых случаях эффективностисмещения щёток против направления вращения рассмотрены процессы,происходящие в коммутируемой секции при постоянном тормозном моменте втрёх случаях: щётки установлены на геометрической нейтрали, щётки смещеныпо направлению вращения, щётки смещены против направления вращения(рис.

4.2, 4.3, 4.4) [83]. На рисунках указаны: МДС реакции якоря попродольной и поперечной осямиFadFaq , ЭДС индуктируемые вкоммутируемых секциях (при работе машины в режиме двигателя) и ихнаправление(влияниетрансформаторнойрассматривается).77ЭДСнакоммутациюнеНа рисунках приняты следующие обозначения:e р - реактивная ЭДС,er2Wc V Ar;(1)где Wс - число витков в секции;V - линейная скорость вращения якоря;A - линейная нагрузка;r- проводимость для полей рассеяния, замыкающихся вокругкоммутируемой секции, которая за счёт насыщения зубцовой зоны нелинейносвязана с током якоря.eaq - ЭДС вращения, обусловленная полем поперечной реакции якоря,eaq2Wc Вaq V L;(2)где Baq - индукция, обусловленная поперечной МДС реакции якоря,которая нелинейно связана с током якоря за счёт определённого насыщениямагнитной системы.eк - ЭДС вращения от поля главных полюсов,ek2WC Bk l Va ;где Bk - индукция, обусловленная полем главных полюсов.78(3)Рис.

4.2. Щётки на геометрической нейтралиРис. 4.3. Смещение щёток по направлению вращения79Рис. 4.4. Смещение щёток против направления вращенияПри анализе делается допущение, что магнитные поля, созданныереакцией якоря и главными полюсами существуют раздельно.Как известно [60], смещение щёток с геометрической нейтралинезависимо от направления приводит к уменьшению полезного потока,создаваемого главными полюсами, который участвует в создании ЭДСпараллельной ветви якорной обмотки и электромагнитного момента (рис.

4.5).На полезный поток главных полюсов определённое влияние оказывает характеркоммутации за счёт коммутационной реакции якоря. При прямолинейнойкоммутации влияние коммутационной реакции якоря отсутствует. Приускоренной коммутации коммутационная реакция якоря размагничиваетмагнитную систему, уменьшая полезный магнитный поток, а при замедленной– подмагничивает (рис.

4.6, 4.7). Ускорение процесса реверса тока вкоммутируемой секции относительно исходного состояния при замедленнойкоммутации приводит к уменьшению коммутационной реакции якоря иснижению эффекта подмагничивания магнитной системы.При смещении щёток с геометрической нейтрали по и противнаправления вращения возникает продольная реакция якоря Fad , которая в80первомслучаеподмагничиваетмагнитнуюсистему,авовторомразмагничивает (рис. 4.3, 4.4, 4.7).Таким образом, на изменение полезного магнитного потока двигателяактивно влияет смещение щёток с геометрической нейтрали, продольнаяреакция якоря и коммутационная реакция якоря.Рис.

4.5. Влияние смещения щёток на полезный магнитный потока) Щётки на геометрической нейтралиб) Смещение щёток против направления вращения- величина смещения щёток1) Прямолинейнаякоммутацияeеr ек(er2) Замедленнаякоммутацияeк ) iк0e3) Ускореннаякоммутацияеr ек ( ereк )i in iкiп – ток прямолинейной коммутации;iк – добавочный ток коммутации.Рис. 4.6. Виды коммутации81eеr екi in iк1)1) Fк2)3)02) Ускоренный характер ( Fк будет размагничивать магнитную систему)3) Замедленный характер( Fк будет подмагничивать магнитную систему)Рис. 4.7.