Содержание
Предыдущий § Следующий

Глава шестая КОММУТАЦИЯ

§ 6-1. Природа щеточного контакта

Природа проводимости в щеточном контакте.

Как уже указывалось (см. § 3-3), коммутацией называется процесс переключения секций обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменения направления тока в них на обратное.

Во время коммутации секции замыкаются накоротко щетками, через которые ток из якоря передается во внешнюю цепь или из внешней цепи в якорь. Явления в щеточном контакте, т. е. между щетками и коллекторными пластинами, оказывают большое влияние на коммутацию и на исправную работу машины.

Передача тока от щетки к коллектору и обратно может осуществляться через: 1) непосредственный механический контакт между щеткой и коллектором, 2) мельчайшие частицы медной и графитной пыли и 3) ионизированные воздушные щели между щеткой и коллектором. Соответственно говорят о зонах: 1) непосредственного контакта, 2) пылевидного контакта и 3) ионной проводимости.

Ввиду неровности микрорельефа непосредственный механический контакт, или соприкосновение щетки с коллекторными пластинами, происходит только на части контактной поверхности щетки, и притом только в отдельных точках. Плотность тока в этих точках достигает нескольких тысяч ампер на квадратный миллиметр. Точечные контакты непостоянны ввиду их износа и разрушения, а также перемещения коллектора, причем время существования каждого точечного контакта в отдельности весьма невелико.

Вследствие износа щеток и коллектора в контактном слое всегда имеется множество мелких пылинок. Поэтому контакт и передача тока частично осуществляются через эти пылинки. Плотность тока при этом также велика, а продолжительность каждого контакта из-за движения коллектора и сгорания пылинок невелика.

Точки непосредственного и пылевидного контакта вследствие больших плотностей тока накаляются до красного и белого каления. При красном калении медь и щетки, поляризованные анодно, испускают ионы. При белом калении происходит термическая эмиссия электронов из катодно поляризованных щеток и пластин. Эмитирующие электроны в свою очередь ионизируют воздух в контактном слое. В результате этого создается ионная проводимость тока. В зоне ионной проводимости под щеткой возникают также слабые электрические искровые и дуговые разряды. Такие разряды появляются и на краях щеток при замыкании секций накоротко и их размыкании.

Рассмотренные разнородные зоны проводимости невелики по размерам, перемежаются друг с другом и перемещаются по контактной поверхности щетки. Ионная проводимость преобладает при больших плотностях тока под щеткой (/_щ > 5 а/см².)

Искровые и дуговые разряды оказывают интенсивное термическое действие на материалы щетки и коллектора. Катод термически разрушается, и электродное вещество переносится с катода на анод. В результате этого происходит электрическая эрозия, следствием которой является перенос материала и износ электродов. Высокие температуры возникают лишь в отдельных точках, и поэтому щетки

и коллекторные пластины в целом не нагреваются до высокой температуры.

Электролиз. В воздухе всегда есть влага, и все предметы покрыты тончайшей пленкой влаги, которая имеет определенную степень кислотности, так как в воздухе всегда содержатся различные окислы. Поэтому при прохождении тока через слой щеточного контакта возникает явление электролиза. В результате электролиза на коллекторе образуется блестящая пленка окислов меди, имеющая различную окраску (розовую, коричневую, фиолетовую, сине-стальную) и называемая политурой. Политура увеличивает переходное сопротивление щеточного контакта, ограничивает тем самым величину тока короткого замыкания секции и улучшает коммутацию.

Наличие хорошей политуры на коллекторе является признаком хорошей коммутации. Зеркало щетки при хорошей коммутации имеет также блестящую поверхность.

Сильное искрение и дуговые разряды разрушают политуру и зеркальную поверхность щеток, контактные поверхности становятся матовыми и появляются следы нагара. Переходное сопротивление щеточного

контакта при этом уменьшается, и условия коммутации ухудшаются.

В верхних слоях атмосферы влаги весьма мало, и условия коммутации машин постоянного тока на высотных самолетах сильно ухудшаются. Для создания политуры в этом случае применяются специальные сорта щеток.

Вольт-амперные характеристики щеток. Вследствие сложной природы щеточного контакта его переходное сопротивление не является постоянным, а зависит от величины тока. На рис. 6-1 сплошными линиями показаны две вольт-амперные характеристики щеток, представляющие собой зависимость падения напряжения в контактном слое щетки Д£/_щ от. средней плотности тока под щеткой /,,. Там же штриховыми линиями изображены кривые удельного переходного сопротивления

Рис. 6-1. Вольт-амперьые характеристики щеток

Рщ       ^ U щ/ J щ

в функции /_щ.

На начальном, круто поднимающемся, участке кривых AU_m = = / (/_щ) преобладает контактная проводимость, а на пологом участке — ионная проводимость.

Кривые / на рис. 6-1 соответствуют случаю, когда при малых /_щ сопротивление р_щ велико и начальная часть вольт-амперной характеристики круто поднимается. Такие щетки обеспечивают лучшие условия коммутации, чем щетки, соответствующие кривым 2 на рис 6-1 (см. § 6-3 и 6-6).

§ 6-2. Искрение на коллекторе

Причины искрения.

С практической точки зрения важно, чтобы коммутация происходила без значительного искрения у контактных поверхностей щеток, так как сильное искрение портит поверхность коллектора и щеток и делает длительную работу машины невозможной.

Причины искрения 'на щетках можно подразделить на механические и электромагнитные.

Механические причины искрения большей частью связаны с нарушением контакта между щетками и коллектором. Такие нарушения вызываются: 1) неровностью поверхности коллектора, 2) плохой пришлифовкой щеток к коллектору, 3) боем коллектора, если он превышает 0,2—0,3 мм, 4) выступанием отдельных коллекторных пластин, 5) выступанием слюды между коллекторными пластинами, 6) заеданием щеток в щеткодержателях (тугая посадка), 7) вибрацией щеток (нежесткость токосъемного аппарата, плохая балансировка машины, слишком свободное расположение щеток в щеткодержателях с зазорами более 0,2—0,3 мм, слишком большое расстояние между обоймой щеткодержателя и коллектором — более 2— 3 мм и т. д.). Искрение может быть вызвано также неравномерным натягом щеточных пружин, несимметричной разбивкой щеточных пальцев и щеток по окружности и другими причинами механического характера.

Электромагнитные причины искрения на щетках связаны с характером протекания электромагнитных процессов в коммутируемых секциях. Обеспечение достаточно благоприятного протекания этих процессов является важной задачей при создании машин постоянного тока, в особенности крупных. Изучение этих вопросов составляет основное содержание последующих параграфов настоящей главы.

Степень искрения. Качество коммутации, согласно ГОСТ 183—66 (табл. 6-1), оценивается степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки, т. е. под тем краем, из-под которого пластины коллектора выходят при своем вращении. Степени искрения 1, 1 - и 1 g допускаются при любых режимах работы.

Таблица 6-1 Степень искрения (класс коммутации) электрических машин

Потенциальное искрение. В определенных условиях возникают искровые разряды между отдельными коллекторными пластинами на свободной поверхности коллектора, не занятой щетками. Такое искрение называется потенциальным. Оно вызывается либо накоплением угольной пыли и грязи в канавках между соседними коллекторными пластинами, либо возникновением чрезмерных напряжений между соседними пластинами (см. § 5-3). Такое искрение опасно тем, что оно способно развиться в короткое замыкание между пластинами и в так называемый круговой огонь.

I Круговой огонь представляет собой короткое замыкание якоря машины через электрическую дугу на поверхности коллектора.

Круговой огонь возникает в результате чрезвычайно сильного расстройства коммутации, когда под сбегающим краем щетки появляются сильные искры и электрические дуги (рис. 6-2). Распространение огня происходит путем повторных зажиганий дуги. Появляющаяся под щеткой дуга растягивается электродинамическими силами и гаснет, оставляя за собой ионизированное пространство. Поэтому последующая дуга возникает в более благоприятных условиях, является более мощной и растягивается на большее расстояние по коллектору, и, наконец, дуга может растянуться до щеток противоположной полярности.

Круговой огонь возникает обычно при больших толчках тока якоря (значительные перегрузки, короткие замыкания на зажимах машины или в сети и т. п.). При этом, с одной стороны, появляется сильное искрение («вспышка») под щеткой, а с другой стороны, происходит значительное искажение кривой поля в зазоре и увеличение напряжения между отдельными коллекторными пластинами (см. § 5-3), что способствует возникновению кругового огня. Круговой огонь вызывает порчу поверхности коллектора и щеток.

Действенной мерой против возникновения кругового огня является применение компенсационной обмотки (см. § 5-3), а также быстродействующих выключателей, отключающих короткие замыкания в течение 0,05—0,10 сек.

Иногда, при 1/„ > 1000 в, между щеточными бракетами разных полярностей ставятся также изоляционные барьеры, препятствующие распространению дуги.

§ 6-3. Процесс коммутации

Период коммутации Т_к представляет собой время, в течение которого секция замкнута накоротко щеткой и коммутируется.

В случае простой петлевой обмотки секция, изображенная на рис. 6-3, а в виде петли, присоединяется к соседним коллекторным пластинам. При этом значение Т_к равно времени перемещения коллектора, вращающегося с окружной скоростью v_K, на ширину тетки h •

Выражение (6-6) действительно также для простой петлевой обмотки (alp = 1) и, кроме того, как можно показать, для простой и сложной волновой обмотки.

Пусть, например, мы имеем машину с простой петлевой обмоткой и я = 1500 об/мин = 25 об/сек, К = 100, р_к = 2,5. Тогда по формуле (6-5) или (6-6)

Таким образом, процесс коммутации протекает быстро и по отношению к внешней цепи машины является периодическим процессом с частотой порядка 1000—3000 гц.

Уравнения коммутации. Исследуем закономерности коммутации секции для простой петлевой обмотки и примем сначала для простоты, что ширина щетки равна коллекторному делению (рис. 6-4).

Составим второе уравнение Кирхгофа для коммутируемой секции (рис. 6-4):

где i — ток в коммутируемой секции, принимаемый положительным для начального момента коммутации (рис. 6-4, а); ц, i₂— токи, протекающие через соединительные проводники («пегушки») и коллекторные пластины / и 2 к щетке; г_с — сопротивление секции; г_п — сопротивление «петушка»; r_ml, r_m2 — сопротивления щеточного контакта между пластинами / и 2 и щеткой; Ее — сумма э. д. с, индуктируемых в коммутируемой секции в результате процесса самоиндукции в короткозамкнутой секции и других явлений.

Рис. 6-4. Последовательные моменты коммутации секции

Кроме того, для узловых точек а и б на рис. 6-4 можно составить два первых уравнения Кирхгофа:

i_a + i-h = 0\ i_a-i-h = 0.                  (6-8)

Процесс коммутации определяется изменением во времени токов г, i-i, i₂. Эти токи могут быть определены из уравнений (6-7) и (6-8), если известны все другие величины. Однако в общем случае решение этих уравнений весьма затруднительно. Действительно, i_a, r_z и г„ можно считать постоянными и заданными величинами. Однако г_щ1 и г_щ2 являются весьма сложными и математически трудно определимыми функциями токов i_x, t₂ и времени t (см. § 6-1). То же можно сказать и о сумме э. д. с. 2е. Поэтому ниже, следуя так называемой классической теории коммутации, находим приближенное решение, которое позволяет выявить основные закономерности процесса коммутации и определить способы ее улучшения.

Подставим г'х и t₂ из уравнений (6-8) в (6-7). Тогда получим

Первый член этого выражения представляет собой так называемый основной ток коммутации секции, а второй член — добавочный ток коммутации. Очевидно, что знаменатели в выражении (6-9)

определяют сопротивление короткозамкнутого контура коммутируемой секции. Добавочный ток коммутации поэтому можно рассматривать как ток короткого замыкания секции, определяемый э. д. с. Не.

Коммутация сопротивлением, прямолинейная коммутация. Рассмотрим сначала случай, когда 2е = 0. При этом в секции существует только основной ток коммутации. Изменение тока секции i определяется только изменением г_щ1 и г_щ2, вследствие чего этот случай называется коммутацией сопротивлением.

Сопротивления г_с и г_а значительно меньше r_ml и г_щ2. Поэтому можно положить г_с х г_п « 0, и тогда при 2е = 0

На рис. 6-5, а для некоторого момента времени / в соответствии с уравнениями (6-8) показаны также значения токов i_x и i₂. При этом из рис. 6-5, а следует, что

Очевидно, что при прямолинейной коммутации (рис. 6-5, а) ^ai — ^a2 ⁼ const. Поэтому в течение всего периода коммутации также /_щ1 = /_щ2 = const.

Рис 6-5 Прямолинейная (а) и криволинейная (б) коммутация сопротивлением

Таким образом, при прямолинейной коммутации плотность тока под всей щеткой на протяжении всего времени коммутации неизменна, как если бы щетки находились на сплошном вращающемся контактном кольце, а не на коллекторе. Такой случай коммутации поэтому является теоретически идеальным.

Можно показать, что и при Ь_т > Ь_к коммутация простой петлевой обмотки является прямолинейной, если только 2е = 0 и г_с = = г_п = 0.

Если г_с ф 0 и г_п Ф 0, то по равенствам (6-9) и (6-12) можно установить, что при 2е = 0 ток i изменяется так, как показано на рис. 6-5, б. Следовательно, в общем случае коммутация сопротивлением не является прямолинейной. Однако в обычных условиях отклонение кривой на рис. 6-5, б от прямой линии мало, и им можно пренебречь.

Замедленная и ускоренная коммутация. В общем случае, при 2е ф 0, на основной ток коммутации накладывается

Зависимость сопротивления короткозамкнутого контура секции г_к от времени согласно выражению (6-16) изображена на рис. 6-6.

Если предположить, что Ее по абсолютной величине постоянна, то характер зависимости /_{к д} от t при Ее > О и Ее < 0 имеет вид, также изображенный на рис. 6-6.

При Ее > О ток i_{K д} складывается с основным током коммутации, который можно принять линейным. При этом получается случай так называемой замедленной коммутации (рис. 6-7, а), когда изменение тока i в начале коммутации происходит медленно и ускоряется к концу.

Рис. 6-6. Добавочный ток коммутации

Величина тока на сбегающем краю щетки i_t в этом случае сохраняется большой вплоть до конца коммутации, вследствие чего и плотность тока /_щ1 под этим краем щетки к концу коммутации становится большой. Размыкание контура короткозамкнутой секции сбегающим краем щетки при этом аналогично выключению или разрыву цепи тока с г и L при помощи рубильника.

По изложенным причинам при замедленной коммутации возникают благоприятные условия для искрения под сбегающим краем щетки.

Этому способствует также то обстоятельство, что контакт на краях щетки менее устойчив (из-за наличия зазора между щеткодержателем и щеткой последняя качается, и края щетки стираются больше и т. д.).

При Ее •< 0 ток г_{к д} имеет обратный знак и характер изменения токов соответствует рис. 6-7, б. В этом случае токи г, i₁ и i₂ изменяются быстро в начале коммутации, и такая коммутация называется ускоренной. Ток i₂ и плотность тока /_щ2 на на-

бегающем краю щетки уже в начале коммутации, когда этот край щетки подобно рубильнику замыкает цепь короткозамкну-той секции, становятся большими. При этом существует некоторая тенденция к искрению под набегающим краем щетки.

Однако сильного искрения обычно не наблюдается. В конце же процесса ускоренной коммутации, как видно из рис. 6-7, б, ток i_u а также плотность тока /_щ1 на сбегающем краю щетки могут быть малы или даже практически равны нулю. Поэтому размыкание цепи короткозамкнутой секции сбегающим краем щетки при такой

Рис. 6-7. Замедленная (а) и ускоренная (б) коммутация

ускоренной коммутации происходит в весьма благоприятных условиях подобно размыканию рубильником цепи с малым током.

Подобная коммутация, когда ток на сбегающем краю щетки в конце коммутации мал, называется некоторыми авторами также коммутацией с малой ступенью тока. Получению такой коммутации способствуют щетки с круто поднимающейся вольт-амперной характеристикой (кривая / на рис. 6-1), когда переходное сопротивление щетки при малых плотностях тока велико.

Таким образом, замедленная коммутация является неблагоприятной и нежелательной. Наоборот, слегка ускоренная коммутация благоприятна, и на практике стремятся достичь именно такой коммутации.

Хотя выше рассматривался случай коммутации для простой петлевой обмотки и Ь_ш = Ь_к, однако и в общем случае коммутация имеет характер и особенности, подобные изложенным выше.

§ 6-4. Электродвижущие силы в коммутируемой секции

Электродвижущие силы, индуктируемые в коммутируемой секции, оказывают на коммутацию весьма существенное влияние (см. § 6-3).

Э. д. с. самоиндукции. Коммутируемая секция обладает определенной индуктивностью L_C) вследствие чего в ней при коммутации индуктируется э. д. с,

В соответствии с выбранным в § 6-3 правилом знаков ток изменяется от значения i — i_a при t = О до t = —i_a при t = Т_к. Поэтому

■^ < 0 и e_L > 0. Следовательно, согласно § 6-3, э. д. с. et стремится

замедлить коммутацию, что вполне естественно, так как в результате самоиндукции изменение тока в цепи всегда замедляется. Среднее значение производной тока

Э. д. с. взаимной индукции, реактивная э. д. с. Одновременно с рассматриваемой секцией в машине коммутируется ряд других секций. Обычно Ь_щ > b_R и щетки замыкают накоротко несколько соседних секций. Если эти секции находятся в одном и том же пазу (число элементарных пазов и_а > 1), то между ними существует сильная взаимоиндуктивная связь. Кроме того, секции, коммутируемые различными щетками и находящиеся под соседними полюсами, также имеют сильную взаимоиндуктивную связь, если стороны этих секций расположены в общих пазах (см., например, рис. 3-33). Вследствие сказанного в рассматриваемой коммутируемой секции индуктируется э. д. с. взаимной индукции

где М_п — взаимная индуктивность между рассматриваемой секцией и одновременно с нею коммутируемой секцией с порядковым номером п, a i_n — ток этой п-я секции.

Э. д. с. ем имеет такой же знак, как и э. д. с. ей и поэтому она

тоже стремится замедлить коммутацию. Средние значения ■—

Э. д. с. взаимной индукции, реактивная э. д. с. Одновременно с рассматриваемой секцией в машине коммутируется ряд других секций. Обычно Ь_щ > b_R и щетки замыкают накоротко несколько соседних секций. Если эти секции находятся в одном и том же пазу (число элементарных пазов и_а > 1), то между ними существует сильная взаимоиндуктивная связь. Кроме того, секции, коммутируемые различными щетками и находящиеся под соседними полюсами, также имеют сильную взаимоиндуктивную связь, если стороны этих секций расположены в общих пазах (см., например, рис. 3-33). Вследствие сказанного в рассматриваемой коммутируемой секции индуктируется э. д. с. взаимной индукции

так как они имеют общую природу и, кроме того, это удобно для расчета.

Э. д. с. от поля поперечной реакции якоря. На рис. 6-8 изображено поле реакции якоря B_aq, создаваемое токами в обмотке якоря. Проводники коммутируемой секции, расположенные на этом рисунке под щетками, вращаются вместе с якорем в неподвижном поле реакции якоря, и в них индуктируется э. д. с. е_ад, направление которой легко определяется по правилу правой руки и также показано на рис. 6-8.

Как видно из рис. 6-8, э. д. с. е_ад имеет такое же направление, как и ток секции в начале коммутации. Следовательно, эта э. д. с. стремится сохранить прежнее направление тока, является положительной и также замедляет коммутацию.

Э. д. с. в секции

Рис. 6-8. Определение э.д. с. от поля реакции якоря

где В_ад — индукция поля поперечной реакции якоря; w_c — число витков в секции; v_a — окружная скорость якоря.

Все рассмотренные э. д. с: e_L, e_M и е_ад или е_г и e_aq — обусловлены током якоря, замедляют коммутацию и являются поэтому вредными. Как можно установить из приведенных выше формул, эти э. д. с. пропорциональны току нагрузки и скорости вращения якоря.

Э. д. с. от внешнего поля и коммутирующая э. д. с. В общем случае в зоне коммутируемых секций может существовать магнитное поле, внешнее по отношению к якорю, т. е. создаваемое индуктором. При вращении сторон коммутируемой секции в этом поле ^в ней индуктируется э. д. с, которая может иметь тот или иной знак в зависимости от направления внешнего поля.

Естественно возникает стремление добиться с помощью внешнего поля компенсации э. д. с. е_г и e_aq в секции, так как уже в машинах мощностью порядка 0,5 кет эти э. д. с. сильно затрудняют коммутацию. На практике это обычно осуществляется с помощью добавочных полюсов (см. § 6-6), которые создают внешнее поле необходимой интенсивности и направления.

Поле реакции якоря и внешнее поле индуктора, действуя совместно, образуют в зоне коммутируемых секций результирующее, так называемое коммутирующее поле. Индуктируемая этим полем в коммутируемой секции э. д. с. е_к называется коммутирующей и определяется формулой, аналогичной (6-21):

e_K = 2B_Kw_zl₆v_a,                                      (6-22)

где В_к — индукция коммутирующего поля.

Таким образом, в конечном счете в теории коммутации рассматриваются две э. д. с. — реактивная э. д. с. секции е_г и коммутирующая э. д. с. е_к. Для достижения наилучших условий коммутации необходимо, чтобы эти э. д. с. имели различные направления и были равны по величине (прямолинейная коммутация) или чтобы е_к была несколько больше е_г (слегка ускоренная коммутация). Для этого коммутирующее поле должно иметь направление, противоположное направлению поля реакции якоря.

Трансформаторная э. д. с. Коммутируемая секция пронизывается потоком главным полюсов Фб и сцепляется с ним (см., например, рис. 3-17 и др., рис. 6-8). Если стороны секции расположены в нейтральной зоне, то поток Фб не индуктирует э. д. с. вращения в этой секции. Однако если поток главных полюсов изменяется во времени, то в коммутируемой секции индуктируется э. д. с. трансформации (пульсации)

В машинах постоянного тока эта э. д. с. возникает только в особых условиях, например в некоторых неустановившихся режимах.

§ 6-5. Определение реактивной э. д. с.

Величина э. д. с. самоиндукции. При проектировании машин для принятия мер, обеспечивающих нормальные условия коммутации, возникает необходимость определения величины реактивной э. д. с.

Произведем сначала расчет э. д. с. самоиндукции. Эта э. д. с. индуктируется потоками рассеяния пазов Ф_п, коронок зубцов Ф_к и лобовых частей Ф_л (рис. 6-9).

Потоки Ф_п, Ф_к и Ф_л проходят через воздушные промежутки, поэтому они мало зависят от насыщения зубцовой зоны и пропорциональны wj. В свою очередь каждый из этих потоков создает потокосцепление, пропорциональное данному потоку и w_z. Таким образом, полное потокосцепление самоиндукции секции W_L пропорционально wit:

Коэффициент пропорциональности А_и представляет собой магнитную проводимость потоков рассеяния секции и численно равен потокосцеплению одновитковой секции (ш_с = 1) таких же размеров,

Рис. 6-9. Магнитные потоки рассеяния секции

как и реальная, при токе i — I а. Основная доля W_L обусловлена участками сторон секции, лежащими в пазах якоря. Поэтому проводимость Ац можно отнести к удвоенной длине якоря:

где A_L — проводимость секции на единицу длины якоря. На основе сказанного индуктивность секции

На практике стремятся к коммутации, близкой к прямолинейной. Поэтому рассчитывают среднюю э. д. с. e_Lcp, соответствующую прямолинейной коммутации.

Взаимная индукция, форма кривой и величина реактивной

э. д. с. Для выяснения особенностей коммутации с учетом взаимной индукции рассмотрим случай равносекционной простой петлей боти с                                                                                                                                                                 4 и

Рис, 6-10. Коммутация при и_а = 4 и 6_Щ = 2,5 b_s

вой обмотки с ы_п = 4 и Ь_щ = 2,5Ь_К (рис. 6-10, а, б). Для простоты предположим, что шаг обмотки полный, а собственные и взаимные индуктивности секций, лежащих в общих пазах, равны. Коммутацию будем считать прямолинейной.

Изменение токов рассматриваемых секций в процессе коммутации происходит во времени со сдвигом

как показано на рис. 6-11, а. Прямоугольники на рис. 6-11, б изображают э. д. с. самоиндукции ei в этих секциях, причем высота прямоугольника соответствует величине э. д. с, а ширина, равная периоду коммутации, фиксирует время начала и конца действия этой э. д. с. Эти прямоугольники, естественно, также сдвинуты относительно друг друга на время /_к.

При равенстве собственных и взаимных индуктивностей e_L = е_м-Тогда каждый из прямоугольников на рис. 6-11,6 представляет собой также э. д. с. взаимной индукции е_м, которая индуктируется каждой из рассматриваемых секций во время ее коммутации в остальных одновременно коммутируемых секциях.

Чтобы определить реактивную э. д. с. е_п в секции /, необходимо сложить прямоугольник / и те участки прямоугольников 2, 3, 4,

которые лежат под прямоугольником /, так как секции 2, 3, 4 оказывают влияние на секцию /, естественно, только во время ее коммутации-. Таким образом, получим кривую е_п на рис. 6-11, в, которая представляет собой изменение во времени реактивной э. д. с. первой секции. Аналогично можно построить кривые э. д. с. е_г2, е_г3, е_г4 остальных секций, которые изображены на рис. 6-11, г, д, е. Как видно из рис. 6-11, с учетом взаимной индукции реактивная э. д. с. е_г каждой секции даже при прямолинейной коммутации изменяется во времени, причем кривые э. д. с. разных секций имеют разную форму.

Ступенчатая огибающая кривых е_п, е_гъ, е_г9, е,₄ построена на рис. 6-11, ж. Она представляет собой результирующую э. д. с. секций одного паза. Для полной компенсации е_Г во всех секциях необходимо добиться, чтобы кривая э. д. с. е_к, а следовательно, и кривая индукции В_к коммутирующего поля имели форму кривой на рис. 6-11, ж. Однако в точности добиться этого невозможно, и на практике стремятся получить такую форму кривых В_к и е_к, которая по возможности ближе совпала бы с формой кривой е_п как показано на рис. 6-11, ж штриховой линией.

При построении кривых е_г можно учесть также взаимную индукцию от секций, коммутируемых соседними щетками, влияние укорочения шага, неравенство^ и е_м и разницу этих величин, обусловленную расположением секций в пазах в два слоя. Формы кривых е_г имеют при этом еще более сложный вид.

Хотя увеличение Ь_щ приводит к повышению влияния взаимной индукции вследствие возрастания числа одновременно коммутируемых секций, величина е_г несколько уменьшается, так как при этом увеличивается также период коммутации.

Построение кривых е_г трудоемко, и поэтому при проектировании машин к нему прибегают лишь в наиболее ответственных случаях. Обычно же ограничиваются вычислением средней для всех секций паза величины е_г, соответствующей замене ступенчатой кривой

Рис. 6-11. Определение реактивной э. д. с. при «_п = 4 и Ь_щ = 2,5

на рис. 6-11, ж прямоугольником, площадь которого равна площади фигуры, ограниченной этой кривой и осью абсцисс. Формулу для е_г при этом можно получить, если в выражении (6-25) заменить

Магнитные проводимости Л и | зависят в основном от геометрических размеров пазов и лобовых частей секции, а также от других факторов (магнитньГе свойства бандажной проволоки и т. д.). Формулы для вычисления Л и | приводятся в руководствах по проектированию машин постоянного тока [21, 22, 23, 40, 41]. В малых и средних машинах, а также в крупных тихоходных машинах с малой длиной якоря | = (5 -г- 8) 10~⁶ гн/м, а в крупных тихоходных машинах с большой длиной якоря и в крупных быстроходных машинах | = (3,5 ■+■ 5,0) 10~^в гн/м.

Из равенства (6-28) видно, что е_г тем больше, чем больше скорость вращения, линейная нагрузка и длина машины и чем больше витков в секции.

Если можно было бы добиться идеальной компенсации е_г с помощью коммутирующей э. д. с. е_к, то теоретически можно было бы иметь хорошую коммутацию при весьма больших значениях е_г. Однако, как было выяснено в связи с рассмотрением рис. 6-11, ж, добиться совпадения форм кривых е_к и е_г практически невозможно, и величина нескомпенсированных участков кривой е_г тем больше, чем больше сама е_г. Поэтому величина е_г решающим образом влияет на качество коммутации. При наличии коммутирующего поля необходимо, чтобы г_г < 7 4- 10 в, а при отсутствии этого поля e_r + e_aq =ss 2 -н 3 в.

Ширина зоны коммутации. Время Т_П коммутации и_п секций одного паза для обмотки с полным шагом, согласно рис. 6-11, ж, равно

T_a = T_K + (u_a-l)t_K.

При укороченном или удлиненном шаге обмотки нижние секции будут коммутироваться в зависимости от направления вращения якоря раньше или позже верхних. Если шаг укорочен или удлинен на е секционных сторон (см. § 3-2), то время коммутации секционных сторон одного паза увеличивается на st_K. Поэтому в общем случае

Зоной коммутации называется дуга окружности якоря, в пределах которой перемещаются секционные стороны паза во время коммутации.

Ширину этой зоны &₃._к получим, если умножим Т_п на окружную скорость якоря

В выражения (6-30) и (6-31) нужно подставлять всегда абсолютное значение е.

Величина Ь_{3 к} должна быть не больше 50—65% расстояния между наконечниками соседних главных полюсов. В противном случае коммутируемые секции попадают в зону сильного поля главных полюсов и условия коммутации резко ухудшаются. В связи ^с этим из выражений (6-30) и (6-31) можно заключить, что большое Жорочение шага обмотки нежелательно.

§ 6-6. Способы улучшения коммутации

Для создания хороших условий коммутации необходимо прежде всего обеспечить надлежащее состояние коллектора и щеточного аппарата, чтобы устранить механические причины искрения (см. § 6-2). Ниже рассматриваются способы обеспечения необходимых электромагнитных условий коммутации. Эти способы направлены на уменьшение добавочного тока коммутации или тока короткого замыкания коммутируемой секции и сводятся к следующим мероприятиям: 1) созданию коммутирующей э. д. с. с помощью добавочных полюсов или сдвига щеток с геометрической нейтрали,

2) уменьшению реактивной э. д. с. и 3) увеличению сопротивления цепи коммутируемой секции. Добавочные полюсы.

Основным способом улучшения коммутации в современных машинах постоянного тока является создание коммутирующего магнитного поля с помощью добавочных полюсов.

Добавочные полюсы устанавливаются между главными полюсами (рис. 6-12) и крепятся болтами к ярму индуктора. Н. с. добавочных полюсов F_x_ _п должна быть направлена против н. с. реакции

якоря F_ад, чтобы скомпенсировать ее и создать сверх того коммутирующее поле В_к для компенсации реактивной э. д. с. е_г. Следовательно, при отсутствии компенсационной обмотки Р_{я п} > F_ag, а при наличии ее Р_ЛшП + F_K0 > F_aq. В последнем случае требуемая величина F'_{x- п} меньше, так как основная доля реакции якоря компенсируется компенсационной обмоткой.

Учитывая сказанное, на основании рис. 6-12 можно сформулировать правило.

За главным полюсом данной полярности по направлению вращения якоря в режиме генератора должен следовать добавочный полюс противоположной полярности, а в режиме двигателя — добавочный полюс той же полярности.

Так как величины F_aq и е_г пропорциональны току якоря, то для их компенсации f _д „ н В_к также должны быть пропорциональны току якоря. Для удовлетворения этого условия обмотку добавочных полюсов соединяют последовательно с якорем, а добавочные

Рис. 6-12. Расположение и полярность добавочных полюсов

полюсы выполняют с ненасыщенной магнитной системой. Поэтому при номинальной нагрузке в них допускается индукция не больше 0,8—1,0 шл. Так как на отдельных участках ярма индуктора магнитные поля главных и добавочных полюсов складываются, то во избежание насыщения этих участков индукция главного поля в ярме должна быть не больше 1,3 гпл. Сердечники добавочных полюсов изготовляются массивными из стальной поковки или из листовой стали.

Рис. 6-13. Добавочные полюсы с неподразделенным (а) и подразделенным (б) немагнитным зазором

При таком устройстве добавочных полюсов индуктируемая ими коммутирующая э. д. с.

С другой стороны, реактивная э. д. с. та"кже пропорциональна

Поэтому соблюдение условия е_к = е_г при изменении нагрузки и скорости вращения достигается автоматически.

При относительно малом полезном магнитном потоке добавочных полюсов их н. с. F_{K п} приходится брать большой, так как значительная часть Р_л__п (75—85%) расходуется на компенсацию F_aq. По этой причине коэффициент рассеяния добавочных полюсов велик: а_д = 3 -f- 5 при отсутствии компенсационной обмотки и Од = 2 -т- 3 при наличии ее. Если обмотка добавочных полюсов располагается далеко от якоря (рис. 6-13, а), то возникает большой поток рассеяния. Для уменьшения рассеяния обмотку добавочных полюсов-размещают ближе к якорю (рис. 6-13, б), а в крупных машинах, кроме того, подразделяют воздушный зазор на две части путем создания второго немагнитного зазора между ярмом и сердечником добавочного полюса (рис. 6-13, б) с помощью немагнитных прокладок н. п., например, из меди или дюралюминия.

Добавочные полюсы применяются в машинах с Р_н > 0,3 кет. Обычно число добавочных полюсов берется равным числу главных, однако в машинах мощностью до 2—2,5 кет иногда делают половинное число добавочных полюсов. Применение добавочных полюсов позволяет увеличить линейную нагрузку машины и тем самым уменьшить ее размеры и стоимость.

Коммутация создает электромагнитные колебания частотой 1000—3000 гц, которые распространяются по электрической сети, присоединенной к машине. Эти колебания вызывают радиопомехи, затрудняющие работу радиоприемной и другой радиотехнической аппаратуры. Для борьбы с этими помехами производят симметрирование цепи якоря машины, т. е. обмотки, включенные последовательно с якорем, в том числе и обмотку добавочных полюсов, разбивают на две части, которые присоединяют к щеткам противоположной полярности (рис. 6-14). Кроме того, между щетками разных полярностей и корпусом машины присоединяют конденсаторы для шунтирования высокочастотных колебаний Рис 6-14 Подавление радио- на зажимах машины.

помех                             Н. с. добавочного полюса. При-

равняв равенства (6-22) и (6-28), найдем величину В_к — Вк, необходимую для осуществления прямолинейной коммутации:

В^ = Ы_а-                                        (6-32)

Если А_а = (3 -г- 5) -10⁴ а/м и I = (5 -г- 8) -Ю"⁸ гн/м, то В'_к = = 0,15 -f- 0,40 тл.

Для обеспечения несколько ускоренной коммутации необходима определенная дополнительная составляющая В'к, так что

В_к = Вк + Як.                                     (6-33)

Ускоренная коммутация характеризуется тем, что плотность тока /_{щ н} и соответственно падение напряжения в скользящем контакте А^/_щ н У набегающего края щетки больше, чем соответствующие величины /_{щ с} и Л£/_{щ с} у сбегающего края щетки. Для осуществления ускоренной коммутации берут при графитных щетках Л£/_щ „ — А17_{Щ с} = 1,0 -f- 1,5 в и при медных щетках Л£/_щ „ — — Д£/_{щ с} = 0,35 -f- 0,65 е. Соответственно на такую же величину необходимо увеличить коммутирующую э. д. с. в контуре, замыкаемом накоротко краями щетки.

В общем случае щетка перекрывает |3_К пластин и при простой петлевой обмотке замыкает столько же секций. Однако в общем случае m-ходовой сложной петлевой обмотки число последова-

Добавочный полюс должен создавать коммутирующее поле на протяжении всей ширины зоны коммутации, причем к краям этой зоны величина В_к должна спадать в соответствии с формой кривой е_г паза (см. рис. 6-11, ж). Зазор б_д обычно в 1,5—2,0 раза больше зазора 6 под главными полюсами. Ширина наконечника добавочного полюса при этом составляет

Ь_рл = (0,4 4-0,80) Ь_{3ш к}.

Улучшение коммутации путем сдвига щеток. В машинах мощностью до нескольких сотен ватт добавочных полюсов не ставят. Коммутирующее поле при этом можно создать путем сдвига щеток с геометрической-нейтрали, благодаря чему в зоне коммутации начинает действовать поле главных полюсов (рис. 6-15). Чтобы индуктируемая этим полем в коммутируемой секции э. д. с. е_к имела правильное направление, поле главных полюсов в зоне коммутации должно быть направлено против поля реакции якоря. Для этого в генераторе щетки необхрдимо повернуть в сторону вращения, а в двигателе — наоборот (рис. 6-15).

Если поток главных полюсов Фа изменяется пропорционально току якоря (машины с последовательным возбуждением, см. § 9-5 и 10-5), то при определенном, фиксированном положении щеток можно достичь хороших условий коммутации в широком диапазоне изменения нагрузки. Если же Фб = const, то наилучшие условия коммутации достигаются только при одной, определенной нагрузке.

Установку щеток производят на глаз, наблюдая за их искрением. Уменьшение реактивной э. д. с. Как уже указывалось выше, для обеспечения хорошей коммутации необходимо, чтобы е; ^ < 7 ч- 12 в.

Зависимость е_г от различных величин очевидна из равенства (6-28). При этом надо отметить, что уменьшение А_а нецелесообразно с точки зрения использования материалов, а величины v_a = nD_ati и /₆ определяются номинальной мощностью машины. Следовательно, ограничение е_г зависит от возможностей уменьшения w_c и |. В машинах мощностью более 50 кет всегда w_c = 1. Уменьшение g возможно за счет ослабления взаимной индукции между коммутируемыми секциями, что достигается укорочением шага на величину не более одного зубцового деления и применением ступенчатой обмотки (см. § 3-1). В последнем случае взаимоиндуктивная связь между секциями ослабляется вследствие того, что если

Рис. 6-15. Улучшение коммутации путем сдвига щеток с геометрической нейтрали

верхние стороны и_п секций находятся в одном пазу, то их нижние стороны располагаются в разных пазах (см. рис. 3-5, б).

Для уменьшения е_г в петлевых обмотках выбирают также отношение К/р равным нечетному числу, так как при этом секции, охватывающие соседние полюсы, коммутируются со сдвигом на время поворота коллектора на половину коллекторного деления и взаимная индукция соответственно ослабляется. К уменьшению | приводит также уменьшение отношения глубины паза к его ширине и увеличение коэффициента щеточного перекрытия р_к, поскольку в последнем случае знаменатель (6-27) растет быстрее числителя.

Определенное снижение £ получается также, если увеличивать высоту сечения проводника в пазу якоря. В этом случае вследствие эффекта вытеснения тока во время коммутации уменьшается индуктивность проводника и секции.

В петлевых обмотках при отсутствии уравнителей первого рода токи отдельных параллельных ветвей различны и поэтому различны также реактивные э. д. с. секций, коммутируемых различными щетками, и н. с. реакции якоря в зонах различных добавочных полюсов. Однако н. с. всех добавочных полюсов равны, так как они определяются полным током якоря. Вследствие сказанного равновесие между реактивной и коммутирующей э. д. с. нарушается и наступает расстройство коммутации. При наличии уравнителей первого рода указанные неблагоприятные обстоятельства устраняются.

Перспективно применение машин постоянного тока с беспазовым якорем, в которых обмотка якоря укладывается и укрепляется на поверхности цилиндрического якоря. В этом случае потоки рассеяния (см. рис. 6-9) ослабляются, и поэтому реактивная э. д. с. значительно уменьшается. Уменьшается также реакция якоря. Такие машины имеют тот недостаток, что величина немагнитного зазора между полюсами и якорем увеличивается и требуется значительно более сильная обмотка возбуждения.

Увеличение сопротивления цепи коммутируемой секции в принципе возможно за счет выполнения «петушков» с повышенным сопротивлением. Однако это приводит к уменьшению к. п. д. машины, а также к увеличению плотности тока у сбегающего края щетки (см. рис. 6-5, б). Кроме того, такие «петушки» ненадежны в работе.

Существенным является подбор щеток с надлежащими характеристиками. При тяжелых условиях коммутации лучше работают твердые графитные щетки с повышенным переходным сопротивлением переходного контакта, однако при этом электрические потери в переходном контакте и механические потери на трение также больше. Щетки с круто поднимающейся вольт-амперной характеристикой благоприятны с точки зрения уменьшения плотности тока на сбегающем краю щетки и способствуют улучшению

коммутации. Медно-графитные щетки, обладающие малым переходным сопротивлением, применяются только в машинах на напряжение до 25—30 в.

Для улучшения коммутации предложен также ряд других мер, которые, однако, не находят широкого применения.

Улучшение коммутации при переходных режимах и пульсирующем токе. Выше основное внимание уделялось коммутации при нормальных установившихся режимах работы. При резких переходных режимах (толчкообразная и пульсирующая нагрузка, сильные перегрузки, короткие замыкания и т. п.), а также при питании машин постоянного тока через выпрямители от сети переменного тока, в особенности от однофазной сети (например, железные дороги, электрифицированные на переменном токе), условия коммутации ухудшаются.

Одной из причин ухудшения коммутации при указанных условиях может являться наличие трансформаторной э. д. с. е_тр (см. § 6-4), которая возникает при изменении магнитного потока главных полюсов. Компенсация этой з. д. с. с помощью добавочных полюсов практически невозможна, так как закономерности изменения е_тр и е_к различны. В частности, е_тр вовсе не зависит от скорости вращения. Поэтому в необходимых случаях принимают меры к уменьшению е_тр. Например, в тяговых двигателях постоянного тока, устанавливаемых на электровозах переменного тока с выпрямителями, обмотки возбуждения главных полюсов шунтируются активными сопротивлениями. Вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения пульсирующая составляющая выпрямленного тока при этом будет ответвляться в шунтирующее сопротивление и поток главных полюсов не будет содержать этой составляющей.

При быстрых изменениях тока в цепи якоря поток добавочных полюсов вследствие возникновения вихревых токов в массивной магнитной цеди и создаваемых ими магнитных потоков не будет изменяться пропорционально току якоря и компенсация реактивной э. д. с. нарушится. Улучшить коммутацию при этом можно с помощью индуктивной катушки, присоединяемой параллельно обмотке добавочных полюсов-. Если постоянная времени

■* и. к ⁼⁼ L^Yi.vfia.. к

индуктивной катушки значительно больше постоянной времени обмотки добавочных полюсов, то ток в этой катушке будет меняться весьма медленно по сравнению с током в обмотке добавочных полюсов. Поэтому резкие изменения тока якоря А/ воспринимаются этой обмоткой, и так как через нее проходит только часть полного тока якоря, то относительное изменение тока в обмотке добавочных полюсов будет больше, чем в обмотке якоря. Такая

«форсировка» тока обмотки добавочного полюса позволяет добиться более быстрого изменения его магнитного потока и тем самым компенсировать в определенной мере влияние вихревых токов в маг-нитопроводе. Однако наиболее эффективной мерой улучшения коммутации в машинах с резко изменяющейся нагрузкой или при сильных пульсациях питающего тока является изготовление сердечников добавочных полюсов, а также ярма машины из листовой электротехнической стали [311.

Эффективной мерой улучшения коммутации при резко переменной нагрузке является также применение компенсационной обмотки, которая предотвращает опасность возникновения кругового огня, а также улучшает условия действия добавочных полюсов.

При значительных перегрузках машины, а в особенности при коротких замыканиях, сердечники добавочных полюсов насыщаются прежде всего за счет больших потоков рассеяния. В этом случае добавочные полосы уже не в состоянии компенсировать реактивную э. д. с. и коммутация сильно нарушается. При наличии компенсационной обмотки поток рассеяния добавочных полюсов значительно уменьшается, в результате чего область их правильного действия увеличивается.

§ 6-7. Коммутационная реакция якоря

При отклонении коммутации от прямолинейной токи в коммутируемых секциях создают, кроме реакции, рассмотренной в гл. 5, дополнительную реакцию якоря.

На рис. 6-16 схематически показан двухполюсный генератор со щетками, установленными на геометрической нейтрали. Щетки изображены достаточно широкими, чтобы показать под ними три коммутируемые секции, начерченные более жирными кружочками.

Рис. 6-16, а соответствует прямолинейной коммутации, когда в средней коммутируемой секции ток равен нулю, а в крайних секциях токи имеют противоположные знаки. Как видно из рис. 6-16, а, ось симметрии распределения токов при этом совпадает с геометрической нейтралью. В этом случае коммутируемые секции не оказывают никакого дополнительного влияния на поле полюсов и коммутационная реакция якоря отсутствует.

Идеализированному случаю предельно замедленной коммутации, когда ток в коммутируемой секции сохраняется неизменным по величине и направлению до самого конца периода коммутации и затем мгновенно изменяет свой знак, соответствует распределение токов, показанное на рис. 6-16, б. Из этого рисунка следует, что при замедленной коммутации в генераторе токи коммутируемых

секций создают размагничивающую реакцию якоря, которая называется коммутационной. В случае ускоренной коммутации в генераторе возникает намагничивающаяся коммутационная реакция якоря (рис. 6-16, в). В двигателе коммутационная реакция якоря, наоборот, при замедленной коммутации будет намагничивающей и при ускоренной — размагничивающей.

Рис. 6-16. Коммутационная реакция якоря

При предельно замедленной и предельно ускоренной коммутации н. с. коммутационной реакции якоря максимальна и на один полюс равна

В действительности F_aK находится в пределах F_aK = 0 -f- F_{OK макс}.

В обычных условиях н. с. коммутационной реакции якоря мала по сравнению с н. с. возбуждения и поэтому оказывает незначительное влияние на магнитный поток машины и режим ее работы. Однако в ряде случаев ее влияние значительно, например, при коротком замыкании машины, когда ток якоря возрастает во много раз, а коммутация вследствие насыщения сердечников Добавочных полюсов нарушается и становится сильно замедленной. Это влияние велико также в электромагнитных усилителях (см. § 11-3), в которых основное, или первичное, магнитное поле является слабым.

§ 6-8. Экспериментальная проверка и настройка коммутации

Ввиду сложности коммутационного процесса теоретический анализ коммутации основывается на ряде допущений и упрощений. Поэтому расчет коммутации при проектировании машин является приближенным и большое значение имеют экспериментальные

методы исследования коммутации. В частности, окончательная настройка коммутации опытных образцов серийных машин и машин индивидуального производства осуществляется после их экспериментального исследования.

Рассмотрим наиболее распространенные экспериментальные методы проверки коммутации.

Метод .подпитки добавочных полюсов. На рис. 6-17 показана схема электрических соединений для выполнения опыта. Здесь Я1 — якорь испытуемой машины, ОВ1 — ее обмотка возбуждения и ДП — обмотка добавочных полюсов: Я2 — якорь вспомогательного генератора, служащего для подпитки добавочных полюсов, 0В2 — его обмотка возбуждения, Р — реостат для регулирования тока возбуждения и Я — переключатель для изменения полярности вспомогательного генератора. При испытании машины ее якорь и обмотка добавочных полюсов нагружаются током 1_а, а с помощью вспомогательного генератора через обмотку ДП пропускается добавочный ток («ток подпитки») ± А/, в результате чего через обмотку добавочных полюсов проходит ток I_a ± А/. При этом снимаются так называемые кривые подпитки, представляющие собой зависимости + А/ = f (/_e) и — А/ = / (1_а)

при определенной степени искрения (1,1-^ или 1-й) на щетках.

Снятие кривых можно начать с холостого хода (1_а — 0). В этом случае также е_г = 0. Подпитывая полюсы сначала в одном, а затем в другом направлении, устанавливаем при 1_а = 0 величины токов + А/ и — А/, вызывающие определенную степень искрения. Причиной искрения при этом является ток в короткозамкнутои секции, который вызывается неуравновешенной коммутирующей э. д. с. е_к, индуктируемой в короткозамкнутых секциях добавочными полюсами. В правильно спроектированной и хорошо изготовленной машине при установке щеток на линии геометрической нейтрали токи + А/ и — А/ при 1_а = 0 приблизительно равны.

Затем в якоре Я1 устанавливаем некоторый ток 1_а и снова определяем токи + А/ и — А/, доводящие искрение на щетках до заданной степени, и т. д.

При увеличении 1_а условия коммутации ухудшаются и соответствующие значения + А/ уменьшаются. В правильно спроектированной машине при правильном действии добавочных полюсов

Рис. 6-17. Схема для снятия кривых подпитки добавочных полюсов

кривые подпитки сходятся в некоторой точке оси абсцисс (рис 6-18,а). Если действие добавочных полюсов слабое, то средняя линия кривых подпитки отклоняется вверх (штриховая линия на рис. 6-18, б), так как наилучшие условия коммутации при этом достигаются при усилении действия добавочных полюсов, т. е. при положительных токах подпитки. При слишком сильном действии добавочных

полюсов средняя линия кривых подпитки отклоняется вниз (рис. 6-18, в).

Кривые подпитки позволяют установить необходимую степень усиления или ослабления действия добавочных полюсов:

В машинах малой и средней мощности, когда число витков добавочных полюсов ау_д достаточно велико, действие последних можно регулировать изменением ш_д на величину ± Лш_д, которая определяется по Д/_Ср и /„ для определенной точки средней линии кривых подпитки (рис. 6-18, б, в):

Рис 6 18 Кривые подпитки добавочных полюсов

В крупных машинах оу_д мало и Лда_д может составить дробную величину, округление которой приводит к большой погрешности. Поэтому в данном случае изменяют воздушный зазор добавочного полюса.

Если добавочные полюсы в условиях опыта насыщаются, то кривые подпитки

искривляются и загибаются вверх (рис. 6-18, г). Поэтому кривые подпитки позволяют также оценить правильность расчета добавочных полюсов в отношении их насыщения.

Зону между кривыми подпитки называют безыскровой зоной или зоной темной коммутации. В буквальном смысле слова это верно, когда кривые снимаются для степени искрения 1. Однако иногда машины при номинальном токе имеют большую степень искрения, и тогда снимать кривые подпитки при степени 1 не имеет смысла.

Кривые подпитки надо снимать при хорошем состоянии поверхности коллектора и зеркала щеток, после приработки щеток к коллектору в течение нескольких часов работы под нагрузкой. Во избежание разброса точек кривых необходимо наблюдать за искрением

какой-нибудь одной щетки. Весь опыт в целом требует определенных навыков и сноровки.

Метод подпитки предложен В. Т. Касьяновым.

Снятие потенциальных кривых производится путем измерения с ломощью вольтметра падения напряжения А£/_щ между щеткой и коллектором по дуге последнего, перекрываемой щеткой (рис. 6-19). Вольтметр присоединяется к коллектору с помощью узкой вспомогательной щетки, передвигаемой по коллектору. Вид потенциальных кривых зависит от характера коммутации (рис. 6-19) и поэтому позволяет делать заключения качественного характера, в частности оценить действие добавочных полюсов. Однако прямые количественные оценки при этом методе невозможны.

Снятие импульсных напряжений на сбегающем краю щетки. Если коммутация замедлена и при размыкании короткозамкнутого контура коммутируемой секции сбегающим краем щетки разрывается определенный ток, то у края щетки возникают искровые разряды и дуги, которые при слабом развитии во время внешнего осмотра могут быть незаметными. Однако при этом возникают импульсные напряжения величиной до нескольких десятков вольт, которые могут быть измерены ламповым (электронным) вольтметром по схеме рис. 6-19. Показания вольтметра зависят от степени искрения, видимого или невидимого. В связи с этим в последние годы некоторые авторы рекомендуют производить настройку добавочных полюсов на минимум подобных импульсных напряжений у сбегающего края щетки.

В заключение отметим, что основные вопросы коммутации были рассмотрены выше упрощенно и весьма кратко. Сложность коммутационного процесса и большое практическое значение улучшения коммутации постоянно привлекают внимание многих исследователей к этой проблеме. Большое количество исследований выполнили в СССР К. И. Шенфер, М. П. Костенко, О. Б. Брон, В. Т. Касьянов,

A.   Б. Иоффе, О. Г. Вегнер, М. Ф. Карасев, Е. М. Синельников,

B.   П. Толкунов и др., а за границей — Е. Арнольд, Б. Ламме, Л. Дрейфус, А. Модюи, К. Треттин, Т. Линвиль и др.

§ 6-9. Предельная мощность машины постоянного тока

Мощность, на которую может быть выполнена машина постоянного тока, ограничивается условиями коммутации, т. е. допустимыми величинами реактивной э д с. е_г и среднего напряжения между коллекторными пластинами

Рис 6-19 Потенциальные кривые щетки

/ — прямолинейная коммутация, 2 — замедленная. 3 — ускооенная

Содержание
Предыдущий § Следующий