Часть2, рефераты / Вопросы / 15_i_5

1. Коммутация в машинах постоянного тока

1.1. Коммутация в коллекторных машинах

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.

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.

Работа двигателя постоянного тока обычно сопровождается искрением между коллектором и щетками. Если искрение слишком интенсивное, то это

вызывает подгорание пластин коллектора и щеток; эксплуатация двигателя при интенсивном искрении создает пожароопасность. В двигателях постоянного тока мощностью до 600 Вт процесс коммутации не сопровождается значительным искрением, поэтому специальных мер для улучшения коммутации в таких двигателях не применяют. В двигателях большой мощности (до 1 кВт) для улучшения коммутации щетки смещают с

геометрической нейтрали в направлении, встречном вращению якоря, на угол, при котором искрение минимально. Такой способ неприменим для реверсируемых двигателей, которые работают с изменением направления вращения. В двигателях мощностью 1 кВт и более для улучшения коммутации применяют добавочные полюсы, расположенные между главными полюсами. Обмотку добавочных полюсов включают последовательно с обмотками якоря, это обеспечивает удовлетворительную коммутацию в широком диапазоне нагрузки двигателя.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраивают темную ком-

мутацию, исключающую какое-либо искрение. Однако в процессе эксплуата-

ции машины, по мере износа коллектора и щеток, возможно появление искрения. Обычно небольшое искрение в машинах общего назначения допустимо.

Согласно установленным требованиям, искрение на коллекторе оценива-

ется степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Степень 1 – искрения нет (темная коммутация).

Степень 1¼ – слабое искрение под небольшой частью щетки, не вызы-вающее почернения коллектора и появления нагара на щетках.

Степень 1½ – 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 устраняемому 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 1½.

1.2. Защита обмотки якоря

При значительных перегрузках или внезапном коротком замыкании ма-

шины постоянного тока коммутация приобретает резко замедленный характер. В этом случае между сбегающей коллекторной пластиной и сбегающим краем щетки возникает электрическая дуга. Т. к. коллектор вращается, то дуга механически растягивается. Наряду с этим перегрузка машины сопровождается усилением реакции якоря, под действием которой распределение индукции в воздушном зазоре машины становится неравномерным. В результате напряжение между соседними коллекторными пластинами увеличивается, превышая допустимые пределы. Это, с одной стороны, может привести к возникновению электрических дуг между смежными пластинами, а с другой стороны, появление высокого потенциала на некоторых пластинах вызывает резкое повышение напряжения между щеткой и коллекторными пластинами по мере их удаления от сбегающего края щетки. Все это создает условия для возникновения электрической дуги между щеткой и коллекторными пластинами. Таким образом, в условиях значительной перегрузки в машине постоянного тока появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. При этом электрические дуги, вызванные коммутационными причинами, сливаются с дугами, вызванными потенциальными причинами, образуя вокруг коллектора мощную электрическую дугу, которая может перекинуться также и на корпус машины. Описанное явление называется круговым огнем по коллектору. Круговой огонь очень опасен, поскольку может привести к тяжелой аварии машины, включая возникновение в машине пожара.

Для защиты обмотки якоря от повреждения электрической дугой в случае

возникновения кругового огня в электрических машинах, работающих в условиях частых перегрузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран. В некоторых машинах применяют воздушное дутье, сдувающее дугу в сторону подшипника, защищенного теплостойкой изоляционной перегородкой. Для создания препятствия на пути распространения дуги между щетками разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала.

1.3. Радиопомехи и способы их подавления

При неудовлетворительной коммутации коллекторная машина становится

источником радиопомех, ухудшающих качество радиоприема, а иногда делающих его невозможным, поэтому уровень индустриальных радиопомех не должен превышать значений, определяемых действующими нормами. Радиопомехи распространяются двумя путями: по эфиру (электромагнит-

ное излучение) и через электросеть. Для подавления помех, распространяемых по эфиру, электрические машины экранируют. В качестве экрана используют заземленный корпус машины. Если со стороны коллектора в машине имеются окна, то их следует закрыть металлическим колпаком или сеткой, обеспечив им надежный контакт с корпусом машины.

Для подавления помех, проникающих от машины в сеть, применяют сим-

метрирование обмоток и включение фильтров. Симметрирование обмоток состоит в том, что каждую обмотку, включенную последовательно в цепь якоря, разделяют на две равные части и присоединяют симметрично к щеткам разной полярности. Применение фильтров – основной способ подавления радиопомех. Для большинства машин достаточно установить емкостный фильтр в виде конденсаторов, включаемых между каждым токонесущим проводом и корпусом машины.

Значение емкости конденсаторов подбирают опытным путем, при этом

они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение машины. Для фильтров

предпочтительны конденсаторы, у которых одним из зажимов является металлическая оболочка, прикрепляемая непосредственно к корпусу машины.

2.Обмотки машин переменного тока

    В машинах переменного тока используются следующие основные типы обмоток: 1) катушечные, 2) стержневые, 3) специальные. Катушечные обмотки изготовляют из изолированного медного или алюминиевого провода круглого поперечного сечения, стержневые и специальные – из шин прямоугольного поперечного сечения.

    Конструктивно обмотки могут быть выполнены в зависимости от расположения их в пазах однослойными и двухслойными, в зависимости от их изготовления – ручными и шаблонными, в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q – с целым и с дробным числом. В машинах переменного тока преимущественно применяют двухслойные обмотки. В машинах малой мощности используют однослойную обмотку , изготовление которой встречает затруднения. При однослойном расположении активных проводников в пазах лобовые соединения, находящиеся на торцовых сторонах статора или ротора, окажутся лежащими в одной плоскости, что делает невозможным выполнение шаблонной обмотки. Катушки одной фазы однослойной обмотки состоят из активных проводников, отстоящих один от другого на расстоянии шага обмотки, примерно равного полюсному делению, т.е. расстоянию между центрами разноимённых полюсов. Также, в однослойной обмотке лобовые соединения могут находиться в различных плоскостях, если изменён порядок соединения активных проводников. Однако при такой обмотке катушки имеют различную величину, а, следовательно, требуется несколько шаблонов для изготовления такой обмотки.

В двухслойных обмотках активный проводник, расположенный в верхнем слое паза, соединяется с проводником, расположенным в нижнем слое паза, который отстоит от начального на расстоянии y. При такой обмотке лобовые соединения не пересекаются и находятся в различных плоскостях, что даёт возможность выполнить шаблонную обмотку при одинаковых размерах и форме катушек. Обмотки могут быть однофазными и многофазными. Наиболее широкое применение нашли трёхфазные обмотки . Мощность трёхфазной машины в 1, 5 раза больше мощности однофазной при одинаковых габаритах и потери энергии.

   Эта обмотка состоит из трёх одинаковых катушек, оси которых сдвинуты в пространстве на 120 градусов. При вращении магнита с полюсами N и S в этих катушках будут индуктированы э. д. с., равные по величине и сдвинутые по фазе на 1/3 периода. Обмотки, в которых фаза состоит из одной катушки, не находят применения. На практике получили распространение распределённые обмотки, в которых витки, принадлежащие одной фазе, равномерно распространены между несколькими парами пазов. При такой обмотке форма кривой магнитной индукции в пространстве ближе к синусоиде. Однако в распространённых обмотках происходит некоторое уменьшение э. д. с. Это объясняется тем, что оси катушек, последовательно включенных в одну фазу, не совпадают, а следовательно, не совпадают по фазе э. д. с., индуктированные в этих катушках.