При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. В результате возникает искрение на коллекторе. Причины искрения разделяют на механические, потенциальные и коммутационные. Механические причины обусловлены нарушением электрического контакта между щеткой и коллектором (слабое прижатие щеток к коллектору, его негладкая поверхность, загрязненность поверхности и т.д.). Потенциальные причины искрения вызваны проявлением реакции якоря. В секциях якорной обмотки индуктируются эдс, которые отличаются друг от друга. Это приводит к увеличению сверх допустимого значения напряжения между соседними коллекторными пластинами (16 – 20 В). Промежутки между коллекторными пластинами перекрываются дугами, которые постепенно сливаются в круговой огонь. Возникает перекрытие коллектора, приводящее к его износу. Коммутационные причины искрения возникают при физических процессах в машине и связаны с переходом секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую. Согласно стандартам искрение на коллекторе оценивается степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки. Коммутация считается хорошей, если искрение незначительно [2].
|
|
Неудовлетворительная коммутация возникает из-за добавочного тока коммутации
, (6.16)
где – реактивная эдс, индуцируемая в коммутирующих секциях за счет взаимной индуктивности и явления самоиндукции секций; – эдс вращения, наводимая в коммутирующих секциях магнитной индукцией в зоне коммутации за счет реакции якоря; – электрическое сопротивление щетки току .
Для улучшения коммутации машины необходимо уменьшить величину добавочного тока коммутации. Это достигается:
- выбором щеток;
- уменьшением реактивной эдс в коммутирующих секциях;
- компенсацией магнитодвижущей силы реакции якоря по геометрической нейтрали и оси полюсов;
- смещением щеток с геометрической нейтрали.
Щетки выбираются в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя. От типа щеток, их вольтамперных характеристик зависит скорость протекания коммутационных процессов. Улучшение коммутации определяется также политурой коллектора – тонкой оксидной пленкой на поверхности коллектора, обладающей повышенным электрическим сопротивлением.
Уменьшение реактивной эдс в коммутирующих секциях достигается применением обмоток с укороченным шагом (), сокращением числа витков в секциях обмотки якоря, использованием щеток шиной не более чем в 2 – 3 коллекторных деления [2].
Улучшения коммутации по геометрической нейтрали достигается установкой добавочных полюсов (рис. 6.25). Добавочные полюса устанавливаются между главными полюсами в машинах мощностью свыше 1 кВт. Их число равно числу главных полюсов или меньше в 2 раза. Магнитодвижущая сила добавочных полюсов направлена против магнитодвижущей силы поперечной реакции якоря . При этом требуется не только компенсация , но и создание коммутирующего поля для компенсации реактивной эдс . Обмотка добавочных полюсов включается последовательно встречно с обмоткой якоря. Компенсация величин и , зависящих от тока нагрузки, происходит автоматически.
|
|
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 (рис. 6.26). Для уменьшения рассеяния обмотку добавочных полюсов размещают как можно ближе к якорю. Добавочные полюсы обеспечивают удовлетворительную коммутацию в машине при нагрузках не превышающих номинальную. При перегрузке машины происходит насыщение магнитной цепи этих полюсов и коммутация ухудшается.
В мощных быстроходных машинах постоянного тока, которые работают в режиме интенсивных нагрузок, применяется компенсационная обмотка (рис. 6.25). Она предназначена для компенсации поля якоря под главными полюсами машины. Компенсационная обмотка расположена на поверхности главных полюсов в пазах, обращенных к якорю, и включена последовательно встречно с его обмоткой. Магнитное поле главных полюсов машины практически не зависит от ее нагрузки [1].
В машинах до 1кВт без добавочных полюсов улучшение коммутации достигается смещением щеток с геометрической нейтрали по ходу вращения у генератора и против хода вращения у двигателя. Этот способ улучшения коммутации применим в нереверсируемых электрических машинах, работающих с неизменной нагрузкой. Для снижения влияния помех на электрическую сеть из-за коммутации используют проходные конденсаторы.
Процессы коммутации в машинах постоянного тока сложны. Для их исследования применяются теоретический анализ и различные экспериментальные методы [35].
При отклонении коммутации от прямолинейной токи в коммутируемых секциях создают дополнительную реакцию якоря, которая называется коммутационной. В генераторном режиме при прямолинейной коммутации размагничивающее и подмагничивающее действие коммутируемой секции одинаково (рис. 6.27,а). В среднем за период коммутации эта реакция якоря не проявляется.
При замедленной коммутации (рис. 6.27,б) длительность размагничивающей силы реакции якоря больше длительности намагничивающей реакции якоря. Результирующая коммутационная реакция якоря получается размагничивающей. При ускоренной коммутации (рис. 6.27,в) – коммутационная реакция якоря намагничивающая. В двигательном режиме эти процессы носят обратный характер [1].