Халявин. Протокол проверки на плагиат (1230476), страница 7
Текст из файла (страница 7)
при прохождении линии, на которой располагаются щетки. Исследуем явление коммутации напримере кольцевого якоря [6].На рисунке 5.1 представлена развертка части якорной обмотки,состоящей из четырех проводников, сектора коллектора (две коллекторные пластины) и щетки. Проводники 2 и 3 образуют[21]собой коммутируемый виток, показанный на рисунке 5.1(a) в положении, которое он будет занимать до процесса коммутации, на рисунке5.1(в) – после прохождения процесса коммутации, а на рисунке 5.1(б) – в период процесса коммутации.
Коллектор и обмотка якоряперемещаются в указанном стрелкой направлении с частотой вращения n, щетка не передвигается.До момента временикоммутации, ток якоря протекает через щетку, правую коллекторную пластину и распределяется между параллельнымиветвями обмотки якоря[21]поровну. Проводники 1, 2 и 3 и проводник 4 образуют собой различные параллельные ветви.После момента коммутации проводники 2 и 3 переместились в другую соседнюю ветвь и в них изменилось направление тока напротивоположное. Данное изменение произошло за время, которое равно периоду протекания коммутации, т.
е. за то время, котороенеобходимо, чтобы щетка переместилась с правой пластины на параллельную левую (в реальности щетка покрываетсразу несколько пластин коллектора, но принципиально это не влияет на[21]протекание процесса коммутации).Один момент периода коммутации изображен на рисунке 5.1(б). Коммутируемый виток замкнут накоротко коллекторными пластинами ищеткой. Таким образом, за времякоммутации происходит изменение направления электрического тока в витке 2 – 3, то это означает, что по витку протекаетпеременный ток, наводящий переменный магнитный поток.Переменный магнитный поток[21]индуцирует в витке, подверженном коммутации, электродвижущую силу самоиндукции, или другими словами реактивную электродвижущуюсилу.Согласно принципу Ленца,электродвижущая сила самоиндукции стремится поддержать в проводнике ток прежнегонаправления.
Следовательно, направление[21]электродвижущей силы самоиндукции совпадает с направлением тока в витке до коммутации [6].Рисунок 5.1 – Схема процесса коммута��ии тока: а – положение до коммутации; б – в период коммутации; в – после коммутацииПод воздействием электродвижущей силы самоиндукции в короткозамкнутом витке 2 – 3 протекает высокий дополнительный электрическийток, ввиду того, что сопротивление контура низкое. В точке соприкосновения щетки с левой пластиной дополнительный ток направлен впротивоположную сторону току якоря, а в точке соприкосновения щетки с правой пластиной направление этих токов одинаково.Чем ближе к моменту окончанию времени коммутации, тем менее обширна площадь соприкосновениящетки с правой пластиной и тем выше плотность тока.
По окончании момента коммутации контакт щетки с[21]правой пластиной разрывается и возникает электрическая дуга. Чем выше дополнительный ток, тем мощнее дуга [6].Когда щетки расположены на геометрической нейтрали, тогда в коммутируемом витке магнитный поток якоря индуцирует электродвижущаясила вращения. На рисунке 5.2 в увеличенном видепоказаны проводники коммутируемого витка, расположенные вдоль геометрической нейтрали, и направлениеhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.23684813&repNumb=1[21]17.06.2016АнтиплагиатPage 13 of 58электродвижущей силы самоиндукции для генератора, сонаправлено с током якоря в этом проводнике до периода коммутации.Рисунок 5.2 – Направление электродвижущей силы в коммутирующем виткеНаправление вращения определяют согласно правилу правой руки и постоянно совпадает с направлением электродвижущей силы. Врезультате чего дополнительный ток еще больше повышается.
Появляющаяся электрическая дуга меж щетками и коллекторнымипластинами может повредитьповерхность коллектора, в результате ухудшается контакт между щетками и коллектором.Для улучшения условий коммутации[21]щетки сдвигают в направлении физической нейтрали. Когда щетки расположенына физической нейтрали коммутируемый виток не пересекает ни одного внешнего магнитного потока и электродвижущаясила вращения не индуцируется.
Если же передвинуть щетки дальше физической нейтрали, как показано на[21]рисунке 5.3, тогда в коммутируемом витке суммарный магнитный поток будет индуцировать электродвижущую силу, которая направленапротивоположно электродвижущей силе самоиндукции.Рисунок 5.3 – Направление электродвижущей силы в коммутируемом витке при сдвиге щеток за физическую нейтральТакбудет скомпенсирована не только э.д.с. вращения но и э.д.с.
самоиндукции (частично или полностью). Как говорилось ранее,угол сдвига физической нейтрали постоянно изменяется, поэтому щетки обычно устанавливают со сдвигом на некоторыйусредненный угол по отношению к ней.Уменьшение[21]электродвижущей силы в коммутируемом витке вызывает уменьшение дополнительного тока и ослаблению электрического разряда междущетками и коллектором [6].Существенно улучшить условия протекания коммутации можно установкой добавочных полюсов (рисунок 5.4).Добавочный полюс располагается по геометрической нейтрали.
У генераторов добавочный полюс располагается за основнымполюсом[21]сонаправлено вращению якоря, а у двигателя - нет.Обмотки добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря[21]так, чтобы создаваемый ими поток был направлен встречно потоку якоря.Рисунок 5.4 – Схема включения обмоток добавочных полюсовВвиду того чтооба эти потока наводятся одним током (током якоря),[21]следовательно можно подобрать количество витков обмотки добавочных полюсов и величину воздушного зазорамежду ними и якорем таким образом, чтобы потоки были равными по значению при любой величине тока якоря.
Потокдобавочных полюсов будет всегда компенсировать поток якоря и электродвижущая сила вращения в коммутируемом виткебудет отсутствовать.[21]Повышение сопротивления цепи коммутируемой секции возможно за счет выполнения "петушков" с высоким сопротивлением. В то же времяэто приводит к понижению коэффициента полезного действия (к.п.д.) электромашины, а также к увеличению плотности тока у сбегающегокрая щетки. Кроме того, такие "петушки" менее надежны в эксплуатации.Рисунок 5.5 – Прямолинейная (а) и криволинейная (б) коммутация сопротивлениемВесьма важным аспектом является подбор щеток с требуемыми характеристиками. В тяжелых условиях коммутации лучше проявляют себятвердые графитовые щетки с высоким переходным сопротивлением контакта, однако при этом электрические потери в переходном контактеи механические потери на трение также становятся выше.
Щетки с круто поднимающейся вольт-амперной характеристикой хороши с точкизрения понижения плотности тока на сбегающем краю щетки и способствуют улучшению условий коммутации. Медно-графитовые щетки,выделяющиеся малым переходным сопротивлением, применяются исключительно в электромашинах на напряжение до 25 – 30 В.В целях улучшения коммутации предложен и ряд других мер, которые, тем не менее, не находят широкого применения ввиду малойэкономической целесообразности.5.2 Улучшение коммутаций при переходных режимах и пульсирующем токе.При неблагоприятных переходных режимах (толчкообразная и пульсирующая нагрузка, сильные перегрузки, короткие замыкания и т.
п.), итакже при питании электромашин постоянного тока, особенно от однофазной сети (например, железные дороги, электрифицированные напеременном токе), условия коммутации резко ухудшаются [6].Одной из основных причин ухудшения условий коммутации при может являться присутствие трансформаторной э.д.с., которая появляетсяпри изменении магнитного потока главных полюсов. Компенсировать эту э.д.с. при помощи добавочных полюсов практически невозможно,ввиду того что закономерности изменения Етр и Ек различаются.
Например, Етр совсем не зависит от скорости вращения. Потому внеобходимых случаях применяют меры к понижению Етр. Также, в тяговых электродвигателях постоянного тока, эксплуатируемыхна электровозах переменного тока с выпрямительными установками, обмотки возбуждения главных полюсов шунтируются[20]активным сопротивлением. В виду высокойиндуктивности обмотки возбуждения пульсирующая составляющая выпрямленного тока при этом будет ответвляться вшунтирующее сопротивление и поток главных полюсов не будет содержать этой составляющей.При быстрых изменениях тока в цепи якоря поток добавочных полюсов вследствие возникновения вихревых токов вмассивной магнитной цепи и создаваемых ими магнитных потоков не будет изменяться пропорционально току якоря икомпенсация реактивной э.д.с.нарушится. Улучшить коммутацию при этом можно с помощью индуктивной катушки,присоединяемой параллельно обмотке добавочных полюсов.[20]Если постоянная времениТи.к.=Lи.к./rи.к.индуктивной катушки значительно больше постоянной времени обмотки добавочных полюсов, то ток в этой катушке будетменяться весьма медленно по сравнению с током в обмотке добавочных полюсов.
Поэтому резкие изменения тока якорявоспринимаются этой обмоткой, и так как через нее проходит только часть полного тока якоря, то относительное изменениетока в обмотке добавочных полюсов будет больше, чем в обмотке якоря. Такая "форсировка" тока обмотки добавочногополюса позволяет добиться более быстрого изменения его магнитного потока и тем самым компенсировать в определеннойhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.23684813&repNumb=117.06.2016АнтиплагиатPage 14 of 58мере влияние вихревых токов в магнитопроводе. Однако наиболее эффективной мерой улучшения коммутации в машинах срезко изменяющейся нагрузкой или при сильных пульсациях питающего тока является изготовление сердечников добавочныхполюсов, а также ярма машины из листовой электротехнической[20]стали.При наличии значительных перегрузок электромашины, а в частностипри коротких замыканиях, сердечники добавочных полюсов насыщают прежде всего за счет больших потоков рассеяния.
Втаком случае с помощью добавочных полюсов уже невозможно обеспечить компенсацию реактивной э.д.с. икоммутация значительно ухудшается.При наличии компенсационной обмотки поток рассеяния добавочных полюсов значительно уменьшается, в результате чегообласть их правильного действия увеличивается.5.3[20]Скорость протекания коммутационных процессовПри нахождения длительности коммутационных процессов при различных скоростях движения, для начала найдем количество оборотовсовершаемых колесом для прохождения одного километра железнодорожного пути. Для этого найдем длину окружности колеса, придиаметре колеса 1250 мм, длинна окружности будет равна:1250∙3,14=3925 мм.Отсюда найдем количество оборотов колеса на километр пути:10003,925=254,77Умножив полученное значение на скорость движения, выведем количество оборотов в час для данной скорости движения.
При скорости 10км/ч имеем выражение:254,77∙10=2547,7 об/ч.Переведем в обороты в секунду:2547,73600=0,708, об/секДля получения оборотов якоря в секунду, умножим обороты колеса на передаточное число, в данном случае 4,19:0,708*4,19=2,965 об/сек.Найдем время, затрачиваемое на один оборот якоря ТЭД:12,965=0,337 сек.Для нахождения длительности коммутационного процесса найдем длину окружности коллектора тягового двигателя и соотнесем её сшириной щетки, данное соотношение применим ко времени на один оборот якоря:520*3,14=1632,2 мм.1632,2÷32=51,0060,337÷51,006=0,006612=6,612 мс.Скорости протекания коммутационных процессов в зависимости от скорости движения электровоза приведены в таблице 5.1.Таблица 5.1 – Скорости протекания коммутационных процессов в зависимости от скорости движения электровоза.Скорость, км/чДлительность коммутации, мс106,612203,306302,204401,653501,322Продолжение таблицы 5.1601,102700,945800,826900,7351000,6611100,6011200,5515.4 Разработка устройства ограничения перенапряженийОсновной причиной старения изоляции тяговых электродвигателей был и остается перегрев изоляции обмотки и последующее ееостывание.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
