Реактивна ЕРС і способи її зменшення

Сповільнена і прискорена комутація

В загальному випадку, сума ЕРС в комутованій секції не дорівнює нулеві, тобто в рівнянні (5.5) . Але якщо в короткозамкненій секції є ЕРС, значить в ній з’явиться і струм. Цей струм, який накладається на основний і замикається через колекторні пластини поперек щітки, називається одатковим поперечним струмом комутацїї (струм на рис. 5.16).

Очевидно, при сходженні щітки з пластини 1 відбудеться розрив електричного кола зі струмом , що і викличе іскріння під щіткою. Напрями додаткового поперечною струму комутації і характер комутації при цьому залежать від співвідношення між ЕРС і .

Нехай , тоді в комутованій секції залишається не балансна ЕРС . За законом Ленца, напрямок ЕРС , а значить і повинні бути таким, щоб протидіяти тому явищу, в результаті якого вона виникла. Отже, ЕРС і обумовлений нею струм будуть напрямлені так, щоб підтримати протікання в попередньому напряму струму в секції (див. рис. 5.1б), внаслідок чого лінія зміни струму викривляється, а струм змінює свій напрям пізніше часу . Така комутація називається сповільненою (крива 1 на рис. 5.2б).Розривання щіткою струму призводить до іскріння між збігаючим краєм щітки і колекторною пластиною 1.

Якщо то додатковий поперечний струм, обумовлений наявністю не балансної ЕРС прагне прискорити процес комутації. Комутація буде прискореною (крива 2 нарис. 5.2б), тобто зміна напряму струму в секції пройде швидше, ніж це вимагається для безіскрової роботи щіток (раніше часу ). Збігаючий край щітки при прискореній комутації розриває струм , отже і в тому випадку буде спостерігатись іскріння під щітками.

В обох випадках комутації (сповільненої і прискореної) в комутованій секції встановлюється струм паралельної гілки ( ) пізніше часу : перехідний струм продовжує текти через дугу, що горить (штрихові лінії 3 на рис.5.26). Ступінь іскріння залежить від значення струму, що розривається, яке в свою чергу визначається значенням не балансової ЕРС або .

Очевидно, застосування щіток з більшим перехідним опором в місці контакту з колектором зменшує значення струму і ступінь іскріння. В цьому ж напрямку діє розділення щітки на дві частини (див. п.1.2), оскільки перехідний опір між двома половинками щітки трохи зменшує струм .

Чим менше значення реактивної ЕРС, тим легше добитися більш чи менш повної компенсації, тим менше буде струм , що розривається, а отже ступінь іскріння.

Ми виявили причину виникнення реактивної ЕРС. Розглянемо тепер фактори, від яких залежить її значення. На рис. 5.3а зображений момент одночасної комутації секцій 1 і 2 петлевої обмотки з повним кроком . При цьому в секції 1 виникає ЕРС самоіндукції і ЕРС взаємоіндукції , тобто виникає реактивна ЕРС [див. вираз (5.3 б)].

При вкороченій обмотці, коли (цьому випадкові відповідає рис. 5.3б), секції 1 і 2 лежать у різних пазах і при комутації не впливають одна на одну, тобто ЕРС . Це справедливо лише у випадку .

В реальних машинах завжди , а щітка перекриває кілька колекторних пластин. Через це повністю виключити в комутованих секціях ЕРС взаємоіндукції неможливо, але все ж вкорочення обмотки істотно знижує значення , а значить і реактивну ЕРС.

Визначимо значення реактивної ЕРС для випадку прямолінійної комутації, для чого у вираз (5.13) підставляємо (5.4), тоді:

(5.16)

Позначимо через питому, магнітну провідність на одиницю довжини секції, яка має дві сторони (кожна довжиною 4); тоді , а вираз (5.14)прийме вигляд

(5.15)

Оскільки колекторна поділка а щіткове перекриття , то ; тоді період комутації

(5.16)

В реальнихмашинах щіткове перекриття становить . Щоб мати уявлення про значення Т_к, розглянемо тяговий двигун,у якого номінальна частота обертів п-720 Об/хв.=12 Об/с, К=300 і у=3,6. При цих умовах с. У інших машин значення Т_к може бути щеменше, тому процес комутації по відношенню до зовнішнього кола машини є періодичним процесом з частотою 1000 Гц і більше.

Згідно (3.1а) кількість витків у секції , тоді . Підставимо це значення, а також вира (5.16) у (5.15), яке помножимо і поділимо на ; тоді

(5.18)

Спростимо цей вираз. Числа 2К в чисельнику і знаменнику скоротяться, є лінійне навантаження[див. вираз (4.1)], - колова швидкість якоря. З урахуванням: цього вираз (5.17) приймає вигляд

(5.18)

Аналіз виразу (5.18) дозволяє встановити зниження значення е_р. Найголовнішим і незаперечним з них є застосування в потужних машинах з тяжкими умовами комутації одновиткових секцій . Прагнення до зниження значень А і хоча і призведе до зменшення реактивної ЕРС, але в цей же час погіршує використання матеріалів у машині і викликає збільшення її розмірів.

Істотний вплив на зменшення реактивної ЕРС може здійснити зменшення магнітопровідності потоку, зчепленого з секцією, що замикається навколо провідника. Через це, попри інші рівні умови машина з більш широким і неглибокимпазом, якийздійснює більший опір для цього потоку, матиме менше значення , ніж машина з вузьким і глибоким пазом.

Значне зниження значення і як результат покращення умов комутації досягнуті в безпазових якорях тягових електродвигунів. Ці якорі є гладкими барабанами., на яких укладаються обмотки, що скріплюються бандажуванням склопластиками,які пропитуються в епоксидному компаунді гарячого затвердіння і утворюють ізоляцію типу "моноліт". Відсутність зубців у гладких якорях призводить до значного зниження значення , а значить і реактивної ЕРС .

Збільшення щіткового перекриття хоча і призводить до підвищення впливу взаємної індукції через збільшення кількості одночасно комутованих секцій, але в незначній мірі, і значення е_р все ж зменшується.

Значне збільшення перекриття не допускається з причин, котрі викладені в п. 5.7 [формула.(5.23)].