Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
230
акции якоря между полюсами имеет седлообразный характер (см. рис. 9.15, зависимость 3).
При ненасыщенном магнитопроводе машины ее результирующее магнитное поле определяется наложением магнитных полей главных полюсов и реакции якоря. При этом магнитный поток, возбуждающий ЭДС якоря, остается неизменным, но изменяется распределение магнитной индукции вдоль окружности якоря (см. рис. 9.15, зависимость 4). Физическая нейтраль смещается относительно геометрической нейтрали по направлению (против направления) вращения якоря в генераторном (двигательном) режиме.
Местные повышения магнитной индукции под полюсными наконечниками индуцируют повышенные значения ЭДС в секциях обмотки якоря. Соответственно повышается напряжение между соседними пластинами коллектора (более 30—50 В) и возможность возникновения между ними дуговых разрядов.
С учетом насыщения магнитопровода машины местное повышение индукции под одним краем полюсного наконечника приводит к насыщению зубцов якоря, ослаблению магнитного потока главных полюсов (см. рис. 9.15, заштрихованная часть графика зависимости 4) и уменьшению ЭДС якоря.
Отличное от нуля значение индукции на геометрической нейтрали ухудшает условия коммутации секций обмотки якоря, вызывая искрение под щетками.
231
Дополнительный____Главный Для уменьшения отрицатель-
полюс '^??5^полюс ного влияния на работу маши-
i . H ны реакции якоря используют-
ся дополнительные полюсы. Они крепятся на станине по линии геометрической нейтрали. Обмотки дополнительных полюсов через щетки соединяются последовательно с обмоткой якоря так, что их МДС (рис. 9.16) вдоль геометрической нейтрали направлены встречно. Компенсация реакции якоря осуществляется автоматически при любой нагрузке машины. При работе машины в,режиме генератора (двигателя) дополнительные полюсы должны иметь полярность главных полюсов, на которые якорь набегает (из-под которых якорь выбегает).
Дополнительные полюсы компенсируют магнитное поле реакции якоря в узкой зоне коммутации секций. Для выравнивания распределения индукции под полюсными наконечниками в машинах большой мощности используют компенсационную обмотку wK. Ее витки располагаются в пазах полюсных наконечников и соединяются последовательно через щетки с обмоткой якоря так, что образуют с ней бифилярную обмотку (см. рис. 9.16).
Рис. 9.16
9.7. Коммутация в машинах постоянного тока
При вращении якоря машины постоянного тока секции его обмотки последовательно переходят из одной параллельной ветви в другую (рис. 9.17). Время, в течение которого секция обмотки
*=0
0<Г< T
t=T
V '?
4IO *
Г| о/ Электри- Ti2/ у- ческая дуга | ф
б
Рис. 9.17
232
вращающегося якоря, выделенная на рисунке жирной линией, замыкается щеткой, называется периодом коммутации Т.
Для упрощения анализа коммутации допустим, что ширина щетки равна ширине одной пластины коллектора и сопротивление контакта между ними R0 при их пространственном совпадении много больше сопротивлений других элементов цепи замкнутой секции. Примем за исходное расположение коммутируемой секции и щетки на коллекторе, т.е. при t= 0, их расположение на рис. 9.17, а и пренебрежем индуктивными параметрами коммутируемой секции. Тогда ее электрическое состояние в течение периода коммутации 0 < t < T будет определяться системой уравнений по первому и второму законам Кирхгофа цепи на рис. 9.17, б:
/' = /, -/; і, =2/-/2;
!L = Lk /2 Rt'
(9.7)
якоря; Ri
сопротивления контакта между
где і, и I2 — токи в первой и второй пластинах коллектора, вращающегося с постоянной окружной скоростью vK; і — ток в коммутируемой секции; / — постоянный ток в одной ветви обмотки
T-t t
первой и второй пластинами коллектора и щеткой.
Решение системы уравнений (9.7) определяет линейную зависимость изменения тока в коммутируемой секции
. rT~2t
или
I =
/я T-It
2а T '
где /я — ток якоря; 2а — число параллельных ветвей простой петлевой обмотки (рис. 9.18, прямая 1).
В рассматриваемом случае плотность тока под всей щеткой одинакова и постоянна в течение всего периода коммутации и причин для искрообразова-ния нет. С учетом собственной индуктивности коммутируемой секции ее ЭДС самоиндукции eL, согласно принципу
Рис. 9.18
233
Ленца (см. подразд. 3.8), противодействует изменению тока, создав вая условие замедленной коммутации (см. рис. 9.18, зависимость 2).1 В конце периода коммутации ток секции принудительно при-; нимает значение (-IJIa) и скорость его изменения, а следовательно, ЭДС самоиндукции увеличиваются, что может привести к искрообразованию под щеткой со стороны уходящей пластины, коллектора. Чтобы улучшить условия коммутации, необходимо компенсировать действия ЭДС самоиндукции. Для этого используются дополнительные полюсы. Их магнитное поле?индуцирует в коммутируемой секции коммутационную ЭДС ек, препятствующую действию ЭДС самоиндукции. Запишем условие идеальной коммутации
eL-eK = 0.
Если значение коммутационной ЭДС больше значения ЭДС самоиндукции, т. е. ек > eL, то возможна ускоренная коммутация (см. рис. 9.18, зависимость 3 ). Последняя используется в машинах, работающих в тяжелых условиях, например при частом реверсировании.
