Динамо-машины  Нагревание и охлаждение 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 [ 82 ] 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92

Рис. 5-32. Ускоренная коммутация.

Ajf- расчетная магнитная проводимость, равная:

A;,= 2i(2a.X ) + 2i ,ix,K,=

= 21 (2.0,4reX -f -y-.0,4;txj. 10- raquo; = 2/;-10- raquo;,

где / и /j,-длины пазовой и лобовой частей секции (рис. 5-33); и Х,- коэффициенты магнитной проводимости (взаимная индукция учитывается умножением на 2 коэффипиента Х для пазовой части секции); 5 = 2 0,4яХп -Ь/д/ lt;-0,4геХд-коэффициент магнитной проводимости, отнесенный к единице длины пазовой активной) части секции, следовательно.

(5-36)

Мы определяем среднее значение реактив-э. д. .написать:

laquo;ой э. д. с. ej. В соответствии с этим можем

6 60.nD

( di \ 2 laquo;о

2i.=

ч;ледовательно.

пОАпК

(5137)

laquo; де v - -gQ- 1см:сек] - окружная скорость якоря.

Подставляя (5-36) и (5-37) в (5-35), получим:

e=2wAlZo-lO- raquo; [в].

(5-38)

Полученная формула имеет большое практическое значение, хотя и не является точной. Она показывает, от каких в основном факторов зависит э. д. с. (?д. Коэффициент для нормальных машин лежит в сравнительно узких пределах и может быть определен опытным путем. Его значение для машин с открытыми пазами па якоре =3,7-f-6, для машин с полузакрытыми пазами на якоре = 6-=-9; оно тем больше, чем больше глубина паза я чем меньше его ширина.

Коммутирующая э. д. с, наведенная в коммутируемой секции внешним поле.м, рассчитывается по следующей формуле:

к=2ш,5 .10- laquo; [в).

(5-39)

где (гс) - индукция внешнего поля в коммутационной зоне.

д) Способы улучшения ком; мутации. Дополнительные полюсы. Обратимся к равенству (5-30). Мы можем переписать его в следующем виде:

= пр+до5 (5-40)

-г, . Se

I =t---!

ПР а г, -f г.

доб г, + г.

Таким образом, ток коммутации i можно считать состоящим из тока прямолинейной коммутации /пр и накладывающегося на него добавочного тока /доб.

Способы улучшения коммутации основаны на уменьшении, добавочного тока (доб. Его мы можем* уменьшить, увеличивая Г1 + Г2, что достигается выбором щегок.

Чем больше ожидаемая результирующая э. д. с. тем тверже должны быть щетки, так как они создают в переходном контакте относительно большое сопротивление. Для небольших машин низкого напряжения берут мягкие (графитные) щетки. От правильного выбора щеток й от их качества в большой степени зависит коммутация. Лучшими считаются электро-графитированные щетки, полученные путем отжига угля в электропечах.

Уменьшение inoa может быть также достигнуто путем уменьшения 2е.

Рис. 5-33. К определению реактивной

Стремятся эту сумму э. д. с. сделать равной нулю:

e = e, + e:=Q. (5-41)

Чтобы этого достигнуть, нужно создать в коммутационной зоне такое поле, которое бы наводило в коммутируемой секции э. д. с. вк, равную э. Д. с. ё-д и направленную против нее. Поле в коммутационной зоне называется коммутирующим. Оно должно иметь определенную полярность. В малых машинах мощностью обычно не свыше 0,5 квт надлежащее коммутирующее поле получают сдвигом щеток за физическую нейтраль по вращению в генераторе и против вращения в двигателе. Однако равенство ек=-при этом достигается только при некоторой определенной нагрузке, так как при изменении нагрузки физическая нейтраль смещается и указанное ра-венсгво нарушается. Чтобы различие между вк и ен было невелико, берут значение вв не свыше 1-2 в, что не вызывает затруднений в случае малых машин. Для машин средней и особенно большой мощности такое значение ен потребовало бы значительного увеличения размеров машин и было бы невыгодно.

В современных машинах для создания коммутирующего поля применяются дополнительные полю-с ы- Их обмотка, как указывалось, соединяется последовательно с обмоткой якоря (рис. 5-34). При этом коммути-р gt;ющее поле увеличивается пропорционально току якоря, если магнитная цепь дополнительных полюсов слабо насыщена. Поэтому вк будет пропорциональна току якоря, так же как и вн. Следовательно, здесь мы получаем

Ш1 :У Mill I

Рис. 5-35. Кривая поля машины с дополнительными полюсами.

автоматичность действия дополнительных полюсов.

Число витков обмотки дополнительных полюсов должно быть так выбрано, чтобы ее н. с. не только ко.м-пенсировала поперечную н. с. якоря, но и имела некоторый избыток, необходимый для создания в коммутационной зоне надлежащего поля.

На ри.с. 5-35 представлена кривая поля машины, имеющей дополнительные полюсы. Здесь же указаны необходимые полярности дополнительных полюсов при работе машины генератором и двигателем (см. также рис. 5-34). Необходимая полярность коммутирующего поля определяется на основании следующих рассуждений.

Обозначим условно направление тока в секции ia до коммутации стрелкой, как указано на рис. 5-36. Направление э. д. с. Еа параллельной ветви, в которой находится секция при работе машины генератором, будет такие же, как и тока ia. Пусть рассматриваемая секция замыкается щеткой. Ток/а будет уменьшаться. При этом возникает э. д. с. вн, которая по закону Ленца стремится поддержать прежнее значение тока. Следовательно, она направлена в ту же сторону, что и ia-Электродвижущая сила ек должна быть направлена против е. Для этого коммутируемая секция должна находиться в поле противоположной полярности по отношению к полю, которое наводит э. д. с. Еа (см. рис. 5-34, где направление э. д. с. Еа, например.

ее е

Р)1С. 5-34. Соединение обмотки дополнительных полюсов с обмоткой якоря.

Рис. 5-36 К определению полярности дополнительных полюсов генератора.

Рис. 5-37. К определению полярности дополнительных полюсов двигателя.

нижней параллельной ветви обмотки -чкоря определялось полем южной полярности).

Так как в двигателе Еа и ia имеют противоположные направления, то коммутирующее поле должно иметь ту же полярность, что и поле, наводящее э. д. с. Еа (рис. 5-37).

Мы вначале приняли щирину щетки равной ширине коллекторной пластины. В действительности щетка берется шире коллекторной пластины в 2-4 раза (при простых волновых обмотках в 2-2,7 раза; при простых петлевых обмотках в 3-4 раза), что дает лучшее использование коллектора и улучшает коммутацию.

Ширина щетки не должна быть слишком большой, так как это можег привести к чрезмерному расширению коммутационной зоны. По той же причине не следует брать шаг yi с большим укорочением [обычно у\ = 2з/2 р- -(1н-3)]. Небольшое укорочение yi сказывается благоприятно на коммутации, так как при этом несколько уменьшается ва за счет уменьшения э. д. с, взаимоиндукции. К тому же самому ведет выбор К1а, равного нечетному числу, и выбор ступенчатой обмоткн (для мощных машин).

Для небольших машин (до 40-50 кет) часто пазы на якоре выполняются скошенными примерно на одно пазовое деление. При этом уменьшается шум машины, так как не будут получаться резкие колебания индукции на концах полюсных наконечников, и уменьшаются колебания поля под дополнительными полюсами, что улучшает коммутацию.

Как отмечалось, н. с. дополнительных полюсов должна скомпенсировать в коммутационной зоне поперечную н. с. якоря и. кроме того, создать коммутирующее поле; следовательно, она должна быть равна (на пару полюсов) :

F=A + F. (5-42)

Здесь и. с, создающая коммутирующее поле,

(5-43)

f,l,2.1.6B,S,

где коэффициент 1,2 учитывает магнитные напряжения стальных участков магнитной цепи дополнительных полюсов и зубчатость якоря;

вд (см) - воздушный зазор под дополнительным полюсом;

- индукция коммутирующего поля, ко торая определяется из равенства е- - вр, после подстановки в это равенство (5-39) н (5-38);

В= iA [гс]. (5-44)

е) Круговой огонь на колт лекторе. Компенсационная об мот К а. При работе машины постоянного тока может образоваться круговой огонь на коллекторе, под которым понимается электрическая дуга, охватывающая чаМь или весь коллектор по его цилиндрической поверхности. Явление кругового огня на коллекторе подробно исследовалось в Советском Союзе К. И Шеч-фером, О. Б. Броном, В. С. Александровым, А. И. Москвитиным и др. Исследования позволили выявить причины этого сложного явления. Оно может возникнуть при перегрузках машины. В этом случае сильно искажается поле под главными полюсами из-за поперечной реакции якоря (дополнительные полюсы компенсируют реакцию якоря только в коммутационной зоне). В результате возрастают максимальная индукция в воздушном зазоре и пропорциональное этой индукции максимальное напряжение к.м между соседними коллекторными пластинами (рис. 5-38).

Если при этом поверхность коллектора загрязнена и он окружен воздухом, ионизированным вследствие искрения под щетками, то создаются условия для образования небольших электрических дуг между пластинами, которые в дальнейшем могут перейти в устойчивую мощную дугу Такая дуга опасна для машины и может приве--сти к серьезным повреждениям. В ма-

Рис 5-38. Максимальная индукция S, в воздушном зазо е машины при ее пеоегрузке, определяющая максимальное напряжение , между соседними коллекторными пластинам i (пунктирная кривая -кривая поля машины прц холостом ходе).