Электротехника Касаткин (967630), страница 64
Текст из файла (страница 64)
13.8. КОММУТАЦИЯ В МАШИНАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА Искрообразованне поц щетками ведет к быстрому разрушению коллектора, Причины искрообразонания могут быть механическилен и электрическими. Механическая причина искрения — это ухудшение контакта межцу коллектором и щетками, что может быть следствием 39! неровности коллектора, лрожання щеток и т. п,, а неудовлетворительная коммутация — электрическая причина искрения. Коммутацией в электрических машинах называется вся совокуп.
ность явлений при изменении направления тока в секплях обмотки якоря во время замыкания щетками этих секций накоротко. В то время как пластины коллектора, к которым присоединены концы секций, замкнуты щеткой накоротко, секция переходит из одной параллельной ветви обмотки в цругую. Сущность процесса коммутации поясним на простейшем примере петлевой обмотки якоря (рис. 13.20). Время, в течение которого секция обмотки вращающегося якоря замкнута щеткой накоротко, называется периодом коммутации Т. За зто время ток в секции должен измениться от значения +1 (рис.
13.20, аГ до значения -1 (рис. !3,20, в), т. е. на 21. Чем быстрее вращается якорь и чем меньше ширина щетки Ь, тем меньше период коммутации; Т = Ь /г'„, (13.3) где г' — окружная скорость коллектора, К Если бы в коммутируемой секции не индуктировалась никакая ЭДС, то ход процесса коммутации тока в секции определялся бы только соотношениями переходных сопротивлений контактов щетки с двумя пластинами коллектора, Одна из этих пластин постепенно уходит из-под щетки, а вторая входит под щетку. Дпя упрощения рассуждений будем считать, что ширина щетки не больше ширины одной коллекторной пластины, и пренебрежем небольшими по сравнению с переходным сопротивлением г контакта щетки и коллекш тора сопротивлениями проводов, соединяющих обмотку якоря с коллектором, и самой секции, Во время коммутации щетка касается сразу двух пластин коллектора н образует с ними лва переходных сопротивления, обратно пропорциональных соответствуяацим плошадям контактов.
Следовательно, переходное сопротивление контакта с пластиной, уходацей из-под щетки, возрастает, т. е. г, = г Т/(Т вЂ” г), ш а с пластиной, набегающей на щетку, уменьшается: гэ = г Т/~1, ш где à — время от начала коммутации, Ток Т щетки должен распределиться между двумя пластинами коллектора обратно пропорционально их переходным сопротивлениям; 1,/(т = г,/г, = (Т вЂ” г)/С 392 Согласно первому закону Кирхгофа ток коммутируемой секции (рис. 13.20, б) 1=11 — 1 а ток виспа!ей цепи во время коммутации складывается иэ токов в двух переходных контактах щетки: 21=!,+ гэ, следов ателыю, 21= 1!Т1(Т вЂ” !) нпи 1! = 21(,Т вЂ” !)(Т, а ток в коммутируемой секции = 21(Т г)2(Т-1) = 1(Т 2!)(Т. В начале коммутации прн г = 0 этот ток 1 =1, а в конце коммутации при 1 =Т он будет 1 =-1, Ток 1 (рис.
13.20) — это ток одной параллельной ветви обмотки якоря. В общем случае при 2а параллельных ветвях ток якоря 1 н = 2а1, Следовательно, ток в коммутируемой секции 1„Т вЂ” 2! ! 2а Т (13,4) Рнс. !3.20 Эяя». яяяяя т а е Рис. ! 3.2 ! 1я 2а +— 1„ Ра 393 т. е, изменяется во время коммутации линейно (рис. 13.23, а). Такая коммутация называется прямолинейной, В этом идеальном случае плотность тока под всей щеткой одинакова и неизменна во все время коммутации, благодаря чему отсутствуют коммутационные причины искрения.
Здесь был рассмотрен простейший случай с шириной щетки Ь не щ больпв ширины коллекторной пластины. В действительности щетка всегда перекрывает несколько коллекторных пластин, но это обстоятельство не изменяет линейный характер процесса коммутации прн отсутствии в коммутируемой секции ипдуктированных ЭДС. Однако в реальных условиях неизбежно возникновение ЭДС само- индукции в коммутируемой секции; витки секции лежат в пазах ферромагнитного тела — сердечника якоря, следовательно, секция облада. ет заметной индуктнвностью Е и изменение тока при коммутации должно индуктировать в секции некоторую ЭДС самоиндукции ег. К этой ЭДС добавляется еще ЭДС взаимной индукции е, иццуктируемая изменениями тока в сосещшх секциях, коммутируемых одновреьюнно.
Обе ЭДС согласно принципу Ленца противодействуют изменению тока в секции, задерживают это изменение. Результирующую ЭДС, нндуктируемую изменениями тока, приннто называть реактивной ЭДС: е =.е +е„. р Ее ьюжно выразить как ЭДС самоиндукции 1см. 12.2)1 через некоторую индуктивность секции Е н изменение тока во времени: с е = — 2, сл'дй. р с Реактивная ЭДС задерживает изменение тока (рис. 13.21, б) и делает коммутацию замедленной в течение большей части периода, но к концу периода, когда уходяшая пластина выйдет из-под щетки, ток в секции должен принудительно принять значение -1„12л. Следовательно, в конце неизбежно ускоренное изменение тока в секции, что вы.
зывает увеличение реактивной ЭДС. Одновременно плотность тока под щеткой становится неравномерной. Она сильно возрастает у края пластины, которая выходит из-под щетки, а это может вызвать сильное нагревание края щетки и края пластины коллектора. Обе зтй при. чины мэгут обусловить искрение — возникновение миниатюрных электрических луг под щеткой со стороны уходящей пластины коллектора.
Для того чтобы уничтожить или хотя бы ослабить вредное действие реактивной ЭДС, необходимо противопоставить ей вторую нндуктируе. мую ЭДС, называемую коммутирующей ЭДС е„. Таким образом, ус. ловие идеальной коммутации: е =-е =О. р к Коммутирунацая ЭДС создается движением витков коммутируемой секции во внешнем магнитном лоле, причем в большинстве случаев 394 е индуктируется магнитным полем дополнительных полюсов машины к Ф „, т.е. л.п = — ш с1Ф л/~й, При изменениях нагрузки мащнлы изменяется и реактивная ЭДС, пропорциональная току якоря, на одновременно в такой же мере изменяется и коммутирующая ЭДС, тзк как обмотка дополнительных полюсов соединена последов»талыш с »карем, Таким образом, при изменениях нагрузки не нарушается взаимная компенсация ЭДС е и г Р к" Усилив надлежащим образом поле дополнительных полюсов путем увеличения числа витков нх обмотки, можно сделать е > с, что обуслок р' вит ускореяпую количутацию.
Онз осуществляется в машинах, предназначенных для особо тяжелых условий работы, например при частом реверсированнн, В машинах малой мощности для создания коммутирующего магнитного поля вместо дополнительных полюсов применяется сдвиг»гегок с геометрической нсйтралн, !!рн таком сдвиге в коммутируемой секции ЭДС е индуктируется главным мапштпым полем, причем в генек раторе щетки должны быль сдвинуты па направпени1о вращения якори, а в двигателе — против направления вращения (см. рис, )3.!5, в) . Особо опасный случай неблагоприятной коммутации предсшвляет собой ггругавой огонь по коллектору, Это мощная электрическая дуга, замыканвцзяся непосредственна по коллектору илн даже перскиды.
вающаяся на станину машнньц тзк чн5 машина может тяжело пострадать, Круговой огонь возникает при резком изменении гока в коммутируемой секции обмотки якоря, чта вызывает увеличение реактивной ЭДС, а последняя создает мощную лугу между щеткой и краем уходя. щей пластины. Эта дуга не гаснет н рзсг»гивается вследствие вращения коллектора; в результате непосредственно на коллекторе машины возникает короткое замыкание, разруп.ающес коллектор и щетки. тз.в. генеРАтОР с незАВисимым 8036уждением При независимом возбуждении пспь возбуждения и цепь якоря генератора электрически разделены (рнс.
!3."2), благодаря чему ток возбувдения не зависит ат напряжения генератора, а следовательно, ат нагрузки. Это цвет возможность регулировать магнитный аатак, а вместе с ним и напряжение генератора в очень широких пределах. Для такой регулировки в нспь возбужлспня вводится рсгулиравочпый рс. остат г . Схема вкгпачсни» н кансзрукцн» реостата должны предупрсжш' дать возможность внезапного прсрывзпи» така возбуждения, например при отключении источника пнтзпня /, так как обмотка возбуждения '»' обладает значительной нппукзипаастью, »ш~сдствис чего размыкание ее цепи может сопровождаться возникновением большой ЭДС сзмо- 395 100 00 т ги 00 маваг го 0 30 Г0 0 Тт,'й Ни .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
