Меню

Степени коммутации машин постоянного тока



Л 12. Тема: «Коммутация в машинах постоянного тока»

§1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе.

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. Площадь контакта щеток выбирается по величине рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, и по допустимому значению плотности тока для выбранной марки щеток.

Если по какой-либо причине щетка прилегает к коллектору не всей поверхностью, а лишь частью ее, то возникают чрезмерные местные плотности тока, которые приводят к появлению искрения на коллекторе. Причиной возникновения чрезмерной плотности тока может быть также увеличение тока в щетке.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяются на механические, потенциальные и коммутационные. К механическим причинам относятся: слабое давление щеток на коллектор, неправильная конфигурация или негладкая поверхность коллектора, загрязнение поверхности коллектора, выступание изоляции над коллекторными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щеткодержателей. В этом случае нарушается контакт щетки с коллектором, что приводит к искрению.

Потенциальные причины искрения появляются при возникновении напряжения между соседними коллекторными пластинами, превышающего допустимые пределы. В этом случае искрение наиболее опасно (может быть электрическая дуга).

Коммутационные причины искрения вызываются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

§2. Физическая сущность коммутации и ее влияние на работу машины.

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины на другую сопровождается переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменением тока в этой секции.

Процесс изменения тока в секциях при переключении их из одной параллельной ветви в другую называется коммутацией. Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей секцией, а время, в течение которого происходит процесс коммутации, называется периодом коммутации Тк. Величина периода коммутации определяется отрезком времени, начиная с момента, когда коллекторная пластина вступает в соприкосновение со щеткой, и кончая моментом, когда пластина полностью выходит из соприкосновения с этой щеткой.

где k – число коллекторных пластин;

n – скорость вращения якоря;

вк – расстояние между серединами соседних коллекторных пластин (коллекторное деление).

Рассмотрим процесс коммутации при условии:

  1. щетки расположены на геометрической нейтрали;
  2. в коммутирующей секции в течение всего периода коммутации не индуктируются электродвижущие силы;
  3. ширину щетки примем равной коллекторному делению (вщ= вк).

В начальный момент коммутации (рис.1а) контактная поверхность щетки касается только пластины 1, а секция 1 (коммутирующая секция) относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней i= .

Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой, и ток в ней постепенно уменьшается. Объясняется это тем, что токи i1 и i2 в пластинах 1 и 2 обратно пропорциональны переходным сопротивлениям rщ1 (между щеткой и сбегающей пластиной 1) и rщ2 (между щеткой и набегающей пластиной 2).

Что же касается тока в коммутирующей секции I, то он равен разности токов i1 и i2.

По мере того, как пластина 1 теряет контакт со щеткой, возрастает величина rщ1 и поэтому уменьшается ток i1. Одновременно щетка переходит на пластину 2, при этом сопротивление rщ2 уменьшается и ток i2 увеличивается. Когда же контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины rщ1= rщ1 (рис.1б), ток в коммутирующей секции становится равным нулю, т.к. i1=i2 или i1-i2=0. В конце процесса коммутации щетка полностью переходит на пластину 2 (рис.1в), а ток в коммутирующей секции i вновь достигает величины . Однако, по направлению этот ток противоположен току в начале коммутации, а сама коммутирующая секция теперь оказалась в правой параллельной ветви обмотки якоря.

Таким образом, за период коммутации ток в коммутирующей секции изменяется от –i до –i, а график изменения тока представляет собой прямую линию. Такую коммутацию называют прямолинейной, или идеальной.

Прямолинейная коммутация является наиболее желательным видом коммутации, т.к. она не вызывает в машине никаких вредных последствий. Плотность тока под щеткой в течение всего периода коммутации остается неизменной. Объясняется это тем, что при прямолинейной коммутации величина тока в контакте щетка — коллекторная пластина изменяется пропорционально изменению площади этого контакта.

Однако в реальных условиях работы машин постоянного тока процесс коммутации протекает значительно сложнее. Дело в том, что период коммутации обычно весьма мал и приблизительно составляет 10 -4 . . . 10 -5 с. При таком быстром изменении тока в коммутирующей секции возникает значительная э.д.с. самоиндукции

где Ls – индуктивность секции;

i – ток в коммутирующей секции.

Обычно в пазу якоря (каждом пазу) находятся несколько активных сторон (не менее двух), принадлежащих разным секциям. При этом все эти секции одновременно находятся в состоянии коммутации будучи замкнутыми разными щетками (см.рисунок).

Читайте также:  Виды производственных помещений по степени опасности поражения людей электрическим током

При этом следует учесть, что обычно ширина щетки больше коллекторного деления (вщ> вк) и каждая щетка замыкает одновременно несколько секций.

Так как активные стороны коммутирующих секций лежат в одних пазах, то изменяющийся магнитный поток каждой из этих сторон наводит в других э.д.с. взаимоиндукции.

где — взаимная индуктивность одновременно коммутирующих секций.

Отсюда обе э.д.с. создают в коммутирующей секции результирующую э.д.с.

которая препятствует изменению тока в коммутирующей секции и поэтому называется реактивной. Кроме того, под влиянием реакции якоря магнитная индукция в зоне коммутации (на геометрической нейтрали) приобретает некоторое значение Вк, под действием которой в коммутирующей секции наводится э.д.с. внешнего поля.

где l – длина активных сторон секции;

V – линейная скорость движения секции;

ωS – число витков в секции.

Таким образом, в коммутирующей секции наводятся э.д.с.

Если машина не имеет добавочных полюсов, то э.д.с. ер и ек направлены согласованно и создают в коммутирующей секции добавочный ток коммутации iк такого же направления, что и рабочий ток этой секции I в начальный период коммутации. Такое взаимодействие токов iк и i приводит к тому, что изменение тока в коммутирующей секции задерживается.

Замедляющее действие тока коммутации объясняется тем, что этот ток создается, главным образом, реактивной э.д.с., которая, как известно, своим действием препятствует изменению тока в электрической цепи. Поэтому в момент равномерного перекрытия щеткой пластин 1 и 2 ток в коммутирующей секции не достигает нулевого значения, как это происходит при идеальной коммутации. Ток в коммутирующей секции достигает нулевого значения во втором полупериоде коммутации, т.е. коммутация становится криволинейно замедленной.

Добавочный ток коммутации iк, замыкаясь в коммутирующей секции, проходит через щеточный контакт.

Рис. Распределение плотности тока в контакте щетки при замедленной коммутации.

Это приводит к тому, что плотность тока под набегающим краем щетки уменьшается, а под сбегающим – увеличивается, достигая к концу периода коммутации значительной величины. При значительных нагрузках машины плотность тока под сбегающим краем щетки может достигнуть недопустимо больших значений, вызвать перегрев щетки и явится причиной искрения.

§3. Способы улучшения коммутации.

Итак, основной причиной неудовлетворительной коммутации в машинах постоянного тока является добавочный ток коммутации. Улучшить коммутацию можно за счет:

  • увеличения щеточного контакта, зависящего от технических данных щеток (целесообразно использовать твердые щетки – угольно-графитные, графитные и электрографитированные), обеспечивает наибольшую величину переходного сопротивления. Однако у них мала допускаемая плотность тока, что ведет к повышению щеточного контакта (применяются в машинах с высоким напряжением).

Обычно используются графитные щетки, с тем условием коммутации –

  1. Угольно-графитные, а в машинах пониженного напряжения (до 30 В) – медно- или бронзо-графитные.
  2. Целесообразно применять щетки шириной в 2-3 коллекторных деления (это повышает э.д.с. взаимоиндукции, но упрочняет щетки).
  3. Заметное влияние на величину ер (реактивной э.д.с.) оказывает тип обмотки якоря.

Если обмотка с укороченным шагом, то еМ уменьшается (э.д.с. взаимоиндукции). Результирующая э.д.с. ер уменьшается уменьшением индуктивности секций LS, следовательно, уменьшением числа витков секции. LS= , а также выполнением пазов якоря открытыми и неглубокими.

Величина ер может быть значительно уменьшена или даже полностью устранена, если создать в зоне коммутации магнитную индукцию такой величины и знака, чтобы в коммутирующих секциях индуктировалась э.д.с. внешнего поля ек равная по величине и противоположно направленная ер. В этом случае суммарная э.д.с. в коммутирующей секции станет равной нулю, и коммутация будет прямолинейна.

Для создания требуемой магнитной индукции в зоне коммутации в машинах мощностью более 0,3 кВт применяют добавочные полюса, располагая их между главными.

Намагничивающая сила дополнительных полюсов должна быть направлена против намагничивающей силы реакции якоря Faq, чтобы скомпенсировать ее и создать сверх того коммутирующее поле для компенсации реактивной э.д.с. ер.

За главным полюсом данной полярности по направлению вращения якоря в режиме генератора должен следовать добавочный полюс противоположной полярности, а в режиме двигателя – дополнительный полюс той же полярности.

Обычно намагничивающая сила добавочных полюсов на 15. . . 30% больше намагничивающей силы якоря.

Если величину намагничивающей силы добавочных полюсов сделать больше указанной, то ек становится больше ер и в коммутирующей секции появляется ток коммутации iк, направленный противоположно рабочему току секции i= в начальный период коммутации.

В этом случае коммутация становится криволинейно ускоренной. При этом плотность тока увеличивается под набегающим краем щетки.

Читайте также:  Чему равна индуктивность катушки если при изменении силы тока в ней со скоростью 50

Добавочные полюса обеспечивают удовлетворительную коммутацию в машине только в пределах номинальной нагрузки (Iн). При перегрузках машины происходит насыщение магнитной цепи добавочных полюсов, из-за чего коммутация становится опять замедленной, т.к. ер изменяется пропорционально току нагрузки Iа, а повышение ек задерживается из-за насыщения магнитной цепи.

Насыщению магнитной цепи способствует магнитный поток рассеяния. Чтобы этого не было делают прокладки в добавочном полюсе (между ним и станиной), разбивая ФS на две части.

Сдвиг щеток применяется в машинах мощностью менее 0,3 кВт, т.к. они выполняются без добавочных полюсов.

  • в генераторе щетки поворачивают в сторону вращения генератора;
  • в двигателе щетки поворачивают против вращения якоря.

Источник

2. Коммутация в машинАх постоянного тока

2.1 Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка прилегает к коллектору не всей поверхностью, то возникают чрезмерные местные плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и коммутационные.

Механические причины искрения — слабое давление щеток на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щеткодержателей, а также другие причины, вызывающие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальныепричины искрения появляются при возникновении напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение. В этом случае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационныепричины искрения создаются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начинать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труднее обнаружить и устранить коммутационные причины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраивают темнуюкоммутацию, исключающую какое-либо искрение. Однако в процессе эксплуатации машины, по мере износа коллектора и щеток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходимо остановить для выяснения и устранения причин искрения Однако небольшое искрение в машинах общего назначения обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Степень 1— искрения нет (темная коммутация).

Степень 1-слабое искрение под небольшой частью щетки, не вызывающее почернения коллектора и появления нагара на щетках.

Степень 1— слабое искрение под большей частью щетки, приводящее к появлению следов почернения на коллекторе, легко устраняемого протиранием поверхности коллектора бензином, и следов нагара на щетках.

Степень 2— искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и при перегрузке. Приводит к появлению следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках.

Степень 3— значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных вылетающих искр, приводящее к значительному почернению коллектора, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также к подгару и разрушению щеток. Допускается только для моментов прямого (безреостатного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы.

Если допустимая степень искрения в паспорте электрической машины не указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1.

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на другую (набегающую) сопровождается переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменением, как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие его явления называются коммутацией.

Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей, а продолжительность процесса коммутации —периодом коммутации:

где bщ— ширина щетки;

К— число коллекторных пластин;

n -частота вращения якоря, об/мин;

bк— расстояние между серединами соседних коллекторных пластин (коллекторное деление).

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щетки равна коллекторному делению; щетки расположены на геометрической нейтрали; электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по сравнению с сопротивлением переходного контакта «щетка- коллектор» пренебрежимо мало (обычно такое соотношение указанных сопротивлений соответствует действительности).

Читайте также:  Работа электрического тока символ

В начальный момент коммутации (рис. 27.1, а) контактная поверхность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней равен ia. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней постепенно уменьшается. В середине процесса коммутации (t -= 0,5 Тк) контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рис. 27.1, б). В конце коммутации (t = Tк) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакт с пластиной 1 (рис. 27.1, в), а ток в коммутирующей секции становится равным — ia, т.е. по значению таким же, что и в начале коммутации, а по направлению — противоположным. При этом коммутирующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

Рис. 27.1. Переход коммутирующей секции из одной параллельной ветви в другую

Источник

Коммутация в машинах постоянного тока

Понятие и сущность классической теории о коммутации. Особенности влияния электродвижущей силы. Экспериментальная проверка настройки коммутации. Определение и уменьшение реактивной электродвижущей силы. Исследование коммутации датчиком тока разрыва.

Рубрика Физика и энергетика
Вид презентация
Язык русский
Дата добавления 21.10.2013

HTML-версии работы пока нет.

Подобные документы

Коммутацией как процесс переключения секций обмотки из одной параллельной ветви в другую с изменением направления тока в них на обратное, критерии ее оценки. Определение и уменьшение реактивной ЭДС. Экспериментальная проверка настройки коммутации.

презентация [484,4 K], добавлен 07.03.2015

Определение термина «коммутация». Электрические причины искрения. Процессы прямолинейной, замедленной и ускоренной коммутации, способы её улучшения. Электродвижущие силы коммутируемой секции. Оценка степени искрения под сбегающим краем щёток по ГОСТу.

презентация [1,1 M], добавлен 21.10.2013

Сущность коммутации и ее виды. Механические и электрические причины, вызывающие искрение. Анализ двух способов определения искрения: по поперечному току в теле щетки и по току разрыва на сбегающем крае щетки. Особенности оценки состояния коммутации.

презентация [420,6 K], добавлен 21.10.2013

Условия существования разности потенциалов (напряжения) между полюсами источника тока. Понятие и методика определения электродвижущей силы (ЭДС) источника. Измерение и сравнение ЭДС двух батарей с помощью компенсационной схемы, проверка их исправности.

лабораторная работа [346,3 K], добавлен 13.01.2013

Классический метод расчёта и анализ цепи до коммутации. Режим постоянного тока и сопротивление индуктивности. Анализ установившегося процесса в цепи после коммутации. Определение постоянных интегрированием и нахождение собственных чисел матрицы.

курсовая работа [1,0 M], добавлен 11.03.2012

Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора и их значение. Сущность напряжения короткого замыкания. Средства улучшения коммутации в машинах постоянного тока. Устройство и принцип действия автотрансформатора, его достоинства и недостатки.

контрольная работа [903,3 K], добавлен 09.10.2010

Особенности коллекторных двигателей для бытовых приборов. Разработка электродвигателя постоянного тока с шихтованной станиной и технические требования к нему. Расчетная часть для номинального режима. Обмотка якоря, коллектор и щетка. Проверка коммутации.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 25.01.2011

Какое устройство используют для накопления заряда. Понятие электрического тока. Условия возникновения электродвижущей силы. Сила тока и его мощность. Закон Ома для участка сети. Электронапряженность и электропроницаемость. Проводники и диэлектрики.

тест [14,2 K], добавлен 14.03.2011

Метод контурных токов и узловых потенциалов. Составление баланса электрических мощностей. Построение потенциальной диаграммы для контура, который включает источники электродвижущей силы. Нахождение тока в ветви с помощью метода эквивалентного генератора.

контрольная работа [730,5 K], добавлен 27.03.2013

Основные определения и технические данные электрических машин. Электрические двигатели постоянного тока: устройство, краткие теоретические основы. Электрические генераторы постоянного тока. Обеспечение безыскровой коммутации. Электрическое равновесие.

реферат [37,4 K], добавлен 24.12.2011

Источник

Коммутация в МПТ. Виды, классы искрения. ЭДС в коммутируемых секциях

date image2015-05-13
views image3381

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Коммутация – процессы электрических машин постоянного тока, сопровождающие переходомпроводник из одной параллельной ветви в другую при изменении полярности тока в якоре.

Причины искрения на коллекторе:

1. Механические причины

2. Электромагнитные причины, вызывающие наведение ЭДС в секциях, которые замкнуты накоротко щетками.

Виды ЭДС:

1. Самоиндукция e>0

2. Взаимная индукция em>0

3. Взаимная индукция реакции якоря eр.я.>0

4. Взаимная индукция Ef>0 от пульсации магнитного потока

5. Взаимная индукция коммутации (вкл. поля)

Виды коммутации:

1. Ускоренная, когда плотность тока J под набегающим краем щетки больше, чем под сбегающим. Щетка искрит

2. Прямолинейная – плотность тока под сбегающим и набегающим равны. Темная коммутация (почти не искрит)

3. Замедленная – плотность тока под сбегающим краем больше чем под набегающим

Источник