Способи покращення комутації в колекторних електричних машинах

Способи покращення комутації в колекторних електричних машинах

В кінцевому підсумку способи покращення комутації зводяться до зменшення або повного усунення струму комутації, що визначається рівнянням

image002 (1.1.13)

де Srк – сума електричних опорів струмів комутації, а саме опорів секцій, перехідного контакту між колекторними пластинами і щіткою, а також щітки. З перерахованих опорів найбільшу величину мають опори перехідного контакту і щітки rщ. Тому з деяким наближенням можна записати

image004 (1.1.14)

З формули (1.1.14) слідує, що зменшити струм ік, а тому, покращити комутацію можна або збільшенням S rщ, або зменшенням величини повної ек в комутуючій секції. Величина опору Srщ залежить від технічних даних щіток, що використовуються в машині.

З точки зору хорошої комутації доречно використовувати щітки з великим питомим електричним опором, наприклад вугільно-графітові. Але такі щітки допускають понижену густину струму в щіточному контакті, що потребує збільшення поверхні колектора головним чином за рахунок його довжини. Це привело б до збільшення габаритів машини і додаткової витрати міді.

Зменшити повну ек комутуючої секції можна декількома способами, наприклад використовуючи секції обмотки якоря з невеликим числом wс витків image006 Але останнє не завжди виконується, так як потребує для зберігання незмінним загального числа провідників якоря N збільшення числа секцій, а тому, і числа колекторних пластин.

Використовуючи більш вузькі щітки, можна зменшити величину ЕРС взаємоіндукції. Але це недоцільно, так як для зберігання незмінної площі контактної поверхні щіток довелося б збільшити їх довжину, а тому, і довжину колектора, що привело б до збільшення габаритів машини і її вартості. Як правило, ширина щітки приймається рівною ширині двох або трьох колекторних пластин.

Найбільш ефективним методом зменшення ЕРС в комутуючій секції являється утворення в зоні комутації магнітного потоку такої величини і напрямку, щоб в комутуючих секціях наводилась еоб, що компенсується ер. В машині, що працює в звичайних умовах, коли не приймаються міри по боротьбі з іскрінням, ер і еоб практично напрямлені в один бік (діють узгоджено):

image008 (1.1.15)

ЕРС комутації можна звести до нуля, якщо змінити напрямок ЕРС обертання на зворотній, так щоб

image010image012

Останнього можна досягти двома шляхами: встановленням додаткових полюсів і зміщенням щіток за фізичну нейтраль.

В машинах потужністю вище 1 кВт для зміни напрямку еоб використовують додаткові полюси, встановлюючи їх між головними полюсами (рис.1.1.25).

МРС цих полюсів Fдод напрямлена проти МРС якоря Fa і створює такий магнітний потік Фдод, який знищує потік якоря в зоні комутації і змінює магнітну індукцію в цій зоні на зворотню за напрямком (знаком). При цьому в комутуючій секції наводиться ЕРС еоб зворотнього знаку, що компенсує ер:

image014

Ввімкнення обмотки додаткових полюсів послідовно з обмоткою якоря забезпечує необхідну комутацію в широкому діапазоні навантажень, так як в цьому випадку магнітні потоки додаткових полюсів Фдод і якоря Фа змінюються пропорційно струмові (осердя додаткових полюсів стають ненасиченими).

В електричних машинах потужністю до 1 кВт, які найбільш широко використовуються в системах автоматики, встановлення додаткових полюсів недоцільне з двох причин: по-перше, це технологічно важко через малі розміри машин; по-друге, умови комутації в машинах такої потужності набагато легші. Тому в цих машинах магнітне поле в зоні комутації, необхідне для створення ЕРС обертання, що компенсує реактивну ЕРС, отримують, зміщуючи щітки з геометричної нейтралі nn¢ на кут b у напрямку обертання якоря в генераторах або проти обертання якоря в двигунах. Щітки слід зміщувати за фізичну нейтраль mm¢ (b > a) так, щоб індукція в зоні комутації мала напрямок і величину, при яких в комутуючих секціях наводилась ЕРС обертання, достатня для компенсації реактивної ЕРС (рис. 1.1.26).

image016

Рис.1.1.25. Схема з’єднання обмотки Рис.1.1.26. Зсув щіток з гео-

додаткових полюсів метричної нейтралі

Зміщення щіток за фізичну нейтраль – простий і надійний спосіб покращення комутації, але він не завжди однаково ефективний. Наприклад, в режимі роботи машини зі змінним навантаженням при будь-якій зміні довелося б міняти положення щіток, так як положення фізичної нейтралі змінюється в залежності від навантаження. Тому, як правило, щітки встановлюють в положення, при якому повна компенсація реактивної ЕРС відповідає деякому середньому навантаженню, що відповідає найбільш тривалому часу роботи машини.

Для машин, які працюють зі зміною напрямку обертання – реверсивних машин, зміщення щіток з геометричної нейтралі взагалі неприпустиме, так як напрямок зміщення фізичної нейтралі змінюється зі зміною напрямку обертання. Тому зміщення щіток в будь-який бік забезпечило б необхідну комутацію лише при одному напрямку обертання якоря, а при іншому, навпаки, погіршило б її.

Як відзначалось, електромагнітне випромінювання, що супроводжує роботу колекторного двигуна, створює завади радіоприйому.

При роботі колекторних двигунів рівень створюючих ними радіозавад не повинен перевищувати встановлених меж. Радіозавади від колекторного двигуна розповсюджуються у вигляді електромагнітного випромінювання і у вигляді електричних сигналів через електромережу.

image001

Рис.1.1.27. Схема ввімкнення завадозахищених фільтрів

Для подолання електромагнітних випромінювань використовують ек-рановані двигуни. В якості екрану використовують заземлений корпус двигуна. Якщо в підшипниковому щиті з боку колектора є вікна, то їх закривають металічною сіткою, з’єднаною з заземленим корпусом двигуна. Якщо корпус двигуна або його передній підшипниковий щит (з боку колектора) виготовлені з пластмаси, то неметалічну частину закривають сіткою і заземляють.

Для подолання радіозавад, що проникають в електромережу, використовують симетрування обмоток і вмикання фільтрів. Симетрирування полягає в тому, що кожну обмотку, що включається послідовно в коло якоря (обмотку збудження, обмотку додаткових полюсів і т.п.), розділяють на дві рівні частини і приєднують симетрично обмотці якоря, вмикаючи до щіток різної полярності. В якості фільтрів використовують конденсатори, ввімкненні між кожним проводом, що несе струм, і заземленим корпусом двигуна (рис.1.2.17). Значення ємності конденсаторів підбирають. Конденсатори повинні бути розраховані на робочу напругу двигуна.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”

Оставьте комментарий к статье