Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

и применение ступенчатой обмотки. В первом случае (рис. 5-10) стороны секций, переключаемых щетками противоположной поляр­ ности, а во втором случае часть сторон секций одной катушки на­ ходятся в соседних пазах.

Уменьшение взаимоиндукции между переключаемыми секциями достигается также выбором нечетного отношения К /p. В этом случае

Рис. 5-10. Переключаемые секции в обмотке: а — с полным шагом, б — с укороченным шагом

изменение тока в секциях, переключаемых соседними щетками, происходит неодновременно, а со сдвигом на 2>0/[Кп), сек.

Из формулы (5-18) следует, что значительное уменьшение реак­ тивной э. д. с. может быть достигнуто за счет увеличения периода коммутации, путем увеличения Ьих /Ья , предел такого увеличения ставится расширением зоны коммутации, которая должна быть меньше половины дуги якоря между наконечниками главных полюсов.

5-5. Коммутационная реакция якоря

При наличии добавочных полюсов стороны переключаемой секции в момент времени t — Тк /2 располагаются симметрично относительно оси полюса (рис. 5-10). Если ток в секции изменяется прямолинейно, то в этом положении секции іс = 0 и она не оказывает влияния на магнитный поток главного полюса. В течение времени 0 < t < Тк /2 магнитная ось Fc секции располагается по одну сторону геометри­ ческой нейтрали (рис. 5-11, а), а при Тк /2 < t < Тк — по другую сторону ее (рис. 5-11, б). Поперечная составляющая намагничиваю­ щей силы переключаемой секции сохраняет неизменное направление и с намагничивающей силой других секций обмотки создает попе­ речную реакцию якоря (§ 4-2). Продольная составляющая намагни­ чивающей силы переключаемой секции при t — Тя /2 изменяет на­ правление на противоположное и ее намагничивающее действие

84

силой обмотки возбуждения главных полюсов и не оказывает влия­ ния на магнитный поток машины. При большом токе якоря, напри­ мер при коротком замыкании генератора или при пуске двигателя, когда вследствие насыщения магнитной цепи добавочных полюсов преобладает реактивная э. д. с. и коммутация становится очень замедленной, намагничивающая сила коммутационной реакции зна­ чительно возрастает и может оказывать существенное влияние на работу машины.

5-6. Причины искрения потенциального характера

Ранее была рассмотрена одна из причин искрения на коллекторе, связанная с большой плотностью тока на сбегающем крае щетки и разрывом цепи тока короткого замыкания в переключаемой секции. Дальнейшее развитие этого искрения и возникновение искрения на

Если U — напряжение на обмотке якоря, К — количество кол­ лекторных пластин и 2р — количество полюсов, то среднее напряже­ ние между соседними коллекторными пластинами UK,Ср = U2p/K-

Напряжение между коллекторными пластинами при холостом ходе равно з. д. с. секции в случае одноходовой петлевой обмотки или р секций одного обхода по якорю для одноходовой волновой обмотки. Это напряжение зависит от положения в магнитном поле секций, к которым присоединены коллекторные пластины. Для опре­ деления наибольшего напряжения между коллекторными пластинами необходимо рассматривать э. д. с. секций, стороны которых распо­ ложены на протяжении полюсной дуги, т. е. в зоне действия расчет­

При нагрузке машины (и отсутствии компенсационной обмотки) поперечная реакция якоря вызывает неравномерное распределение магнитной индукции в зазоре (§ 4-3). Соответственно увеличивается э. д. с. секций, стороны которых находятся в области повышенной индукции под сбегающим краем полюсного наконечника в генераторе или под набегающим краем в двигателе, и возрастает напряжение между коллекторными пластинами, присоединенными к этим щеткам. Увеличение напряжения между коллекторными пластинами можно учесть коэффициентом ки = 1,3 —■1,7 искажения поля, и тогда максимальное' напряжение

кПи-2р

При значительных напряжениях графитная и медная пыль между коллекторными пластинами раскаляются и образуют первоначаль­ ную причину появления дуги между этими пластинами, таким же образом может поддерживаться дуга, возникающая при искрении

т

под щетками (рис. 5-12). Искрение на свободной поверхности кол­ лектора может перейти в круговой огонь, при котором электричес­ кая дуга замыкает щетки противоположной полярности непосред­ ственно по коллектору. Круговой огонь, как правило, вызывает значительное повреждение коллектора, щеток и щеткодержателей.

При резком увеличении нагрузки машины коммутация становится замедленной и плотность тока на сбегающем крае щеток возрастает, так как реактивная э. д. с. в переключаемых секциях увеличивается и магнитный поток добавочных полюсов нарастает медленнее тока якоря вследствие задерживающего влияния вихревых токов в мас­ сивных частях магнитопровода и насыщения магнитной цепи. Это приводит к образованию дуги между щеткой и коллекторными плас­ тинами. Через дугу проходит значительный ток короткого замыкания переключаемой секции и частично ток обмотки якоря. Вследствие движения коллектора дуга растягивается и ею замыкаются коллек­ торные пластины за пределами щетки. Кроме того, большой ток об­

тогда опирающаяся на него дуга дает поток электронов на щетку

иионизирует окружающее пространство. Если пластина с дугой переместилась в область, где £/к.максдостаточно для поддержания дуги, то дуга возникает также и между другими коллекторными пластинами

ипри движении по коллектору создает условия для образования кругового огня. Согласно опытным данным, для поддержания уже возникшей дуги требуется напряжение между соседними коллектор­ ными пластинами 25—27 в. При уменьшении мощности машины

увеличенное сопротивление переключаемой секции ограничивает ток короткого замыкания и запас электромагнитной энергии в ней, поэ­ тому предельное значение напряжения, при котором возникает искрение на свободной поверхности коллектора, также увеличива­ ется. В машинах большой мощности это предельное напряжение сос­ тавляет 25—27 в, в машинах средней мощности 30—35 в и в машинах малой мощности 60—70 в.

Одним из средств, предупреждающих появление кругового огня, является компенсационная обмотка, показанная на рис. 5-13. В пазы полюсных наконечников укладываются изолированные проводники, которые соединяются так, что образуют обмотку с магнитной осью, совпадающей с геометрической нейтралью. Компенсационная обмотка

87

включается последовательно с обмоткой якоря. Намагничивающая сила компенсационной обмотки распределена на протяжении по­

шины, вызываемые круговым огнем,, можно уменьшить своевре­ менным отключением от сети быстродействующим выключателем.

5-7. Причины искрения механического характера

К механическим причинам искрения относятся нарушения кон­ такта между щетками и коллектором вследствие недостатков кон­ струкции коллектора, щеткодержателей и щеток, плохим изготов­ лением их или большим износом. Нарушение нормальной работы скользящего контакта может быть вызвано неровностью рабочей поверхности коллектора, выступающими или опущенными коллек­ торными пластинами, выступающими изоляционными прокладками, эксцентричным положением рабочей поверхности коллектора от­ носительно оси вращения, несоответствием размеров щетки и гнезда щеткодержателя (при малом зазоре затрудняется движение щетки в щеткодержателе, при большом зазоре утрачивается определенность положения рабочей поверхности щетки относительно коллектора), большим расстоянием между щеткодержателем и коллектором, вибрацией машины.

К механическим причинам искрения следует отнести также плохую притирку щеток, неодинаковое давление на щетки, различное расстояние между щетками противоположной полярности, различ­ ную величину коллекторного деления вследствие неодинаковой ширины коллекторных пластин или различной толщины изоляцион­ ных прокладок.

88