Синхронные машины. Машины постоянного тока (стр. 32 из 42)
Вт/см. (2.64)Из (2.64) можно определить ориентировочную величину допустимой степени некомпенсации
Или
. (2.65)Режимы, при которых Δпр% ≤ 1 ÷ 2%, неизбежно сопровождаются искрением под щетками. Интенсивность износа коллекторных пластин должна оцениваться величиной kк= (km/z) 2 р, так как искрение, повреждающее данную пластину, возникает при выходе пластины из-под каждого щеткодержателя, число которых обычно равно числу полюсов 2 р, а число искрящих пластин равно числу пазов z. Рекомендуется, чтобы предельно допустимая величина kк не превосходила 20 – 30 Вт/см (при этом не будет чрезмерного износа коллектора).
Экспериментальная проверка коммутации и настройка добавочных полюсов. Обычно машины постоянного тока при выпуске с завода проходят контрольные испытания, в которые входит и проверка качества коммутации (обычно визуальная). Головные образцы машин проходят более основательную проверку коммутации, в процессе которой путем изменения величины воздушных зазоров в магнитной цепи добавочных полюсов устанавливают оптимальную величину коммутирующей э.д.с.
Основным методом проверки и наладки коммутации является экспериментальное определение зоны безыскровой работы (путем подпитки обмотки добавочных полюсов). Для этой цели в обмотку добавочных полюсов от специального генератора (рис. 2.44) подают дополнительный ток ΔI (ток подпитки), вследствие чего изменяется ее м.д.с. Fдo6. При этом изменяются индукция Вкв зоне коммутации и величина коммутирующей э.д.с. ек.ср. При проведении опыта, постепенно увеличивая м. д. с. добавочных полюсов, добиваются появления искрения под щетками и фиксируют ток подпитки +ΔI Затем изменяют направление тока подпитки и повторяют опыт, добиваясь снова появления искрения под щетками при токе – ΔI. Этот опыт проводят при постоянной частоте вращения n и различных значениях тока якоря. По полученным данным строят зону безыскровой работы машины (см. заштрихованную зону на рис. 2.45). Обычно при построении зоны безыскровой работы величину тока подпитки выражают в процентах от номинального тока якоря. Ширина зоны безыскровой работы характеризует устойчивость коммутации машины при случайных отклонениях условий коммутации от оптимальных, что всегда имеет место в эксплуатации. При номинальном режиме предельная допустимая неточность компенсации реактивной э.д.с. примерно равна половине ширины зоны безыскровой работы: Δпред% ≈ 0,5bв.ном%.
Рис. 2.44 – Схема экспериментальной установки для определения зоны безыскровой работы:
Я1 – якорь исследуемой машины: ОВ1 – ее обмотка возбуждения;
ДП – ее обмотка добавочных полюсов; Я2 – якорь вспомогательного генератора;
ОВ2 – его обмотка возбуждения
Рис. 2.45. Зоны безыскровой работы машины постоянного тока
Обычно добавочные полюсы настраивают так, чтобы середина зоны безыскровой работы соответствовала току подпитки, равному нулю. Этому режиму отвечает слегка ускоренная коммутация. Исключение составляют машины, работающие в широком диапазоне изменения частоты вращения. В этом случае также нужно настраивать добавочные полюсы по средней линии зоны безыскровой работы, но зону снимать при частоте вращения машины, близкой к максимальной (рис. 2.45, а). При такой настройке добавочных полюсов в области малых частот вращения машина будет недокоммутирована, т.е. поле в зоне коммутации будет слишком слабым (средняя линия abзоны безыскровой работы на рис. 2.45, б лежит в области положительных значений тока подпитки ΔI).
Это объясняется тем, что при снижении частоты вращения уменьшается абсолютное значение реактивной э.д.с. и увеличивается роль падения напряжения в переходном контакте между щеткой и коллектором, которое не зависит от частоты вращения. В результате резко расширяется область допустимой перекоммутации, т.е. можно было бы увеличить м. д. с. добавочных полюсов. Несоответствие м. д. с. добавочных полюсов оптимальному расположению зон безыскровой работы при малых частотах вращения не имеет практического значения, так как в рассматриваемых режимах машина менее нагружена в коммутационном отношении и имеет более устойчивую коммутацию, чем при большой частоте вращения[4].
2.8 Генераторы постоянного тока
Свойства генераторов постоянного тока определяются в основном способом питания обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают генераторы:
1) с независимым возбуждением–обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника постоянного тока;
2) с параллельным возбуждением–обмотка возбуждения подключена к обмотке якоря параллельно нагрузке;
3) с последовательным возбуждением–обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой;
4) со смешанным возбуждением–имеются две обмотки возбуждения: одна подключена параллельно нагрузке, а другая – последовательно с нею.
Рассматриваемые генераторы имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки независимого и параллельного возбуждения, имеющие большое число витков, изготовляют из провода малого сечения, а обмотку последовательного возбуждения, имеющую небольшое число витков, – из провода большого сечения. Генераторы малой мощности иногда выполняют с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.
Генератор с независимым возбуждением. В этом генераторе (рис. 2.46) ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iа, который равен току нагрузки Iн. Величина тока Iв определяется только положением регулировочного реостата rр.в, включенного в цепь обмотки возбуждения:
, (2.66)где Uв– напряжение источника питания; rв – сопротивление обмотки возбуждения; rр.в-сопротивление регулировочного реостата.
Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1–3% от номинального тока якоря.
Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов постоянного тока, являются характеристики холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.
Рис. 2.46. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением
Характеристикой холостого хода (рис. 2.47, а) называют зависимость U0 = f(Iв) при Iн= 0 и n = const. При холостом ходе машины, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение U0на зажимах якоря равно э.д.с. Е = сеФn.
Обычно частота вращения якоря n поддерживается неизменной и напряжение при холостом ходе зависит только от величины магнитного потока Ф, т.е. оттока возбуждения Iв. Поэтому характеристика U0 = f(Iв) подобна магнитной характеристике Ф = f(Iв)
Рис. 2.47 – Характеристики генератора с независимым возбуждением
Характеристику холостого хода легко снять экспериментально. Вначале устанавливают ток возбуждения таким, чтобы U0 ≈ 1,25Uном; затем уменьшают ток возбуждения до нуля и снова увеличивают до прежнего значения. При этом получаются восходящая и нисходящая ветви характеристики, выходящие из одной точки. Расхождение этих ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуктируется остаточная э.д.с. Еост, которая составляет 2–4% от Uном.
Внешней характеристикой (рис. 2.47, б) называют зависимость U==f(Iн) при n = const и Iв = const. В режиме нагрузки напряжение генератора
, (2.67)где ∑r – сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (якоря, добавочных полюсов и компенсационной).
С увеличением нагрузки напряжение Uуменьшается по двум причинам:
а) из-за падения напряжения во внутреннем сопротивлении ∑r машины;
б) из-за уменьшения э.д.с. Е врезультате размагничивающего действия реакции якоря.
Изменение напряжения при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода
. . (2.68)Для генераторов с независимым возбуждением оно составляет 5–15%.
Регулировочной характеристикой (рис. 2.47, в) называют зависимость Iв = f(Iн) при U = const и n = const. Она показывает, каким образом следует регулировать ток возбуждения, чтобы поддержать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки. Очевидно, что в этом случае по мере роста нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.
Нагрузочной характеристикой (рис. 2.48, а) называют зависимость U=f(Iв)при n =const и Iн = const. Нагрузочная характеристика при Iн = Iном (кривая 2) проходит ниже характеристики холостого хода (кривая 1), которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при Iн = 0. Разность ординат кривых 1 и 2 обусловлена размагничивающим действием реакции якоря и падением напряжения во внутреннем сопротивлении ∑r машины. Наглядное представление о влиянии этих факторов дает характеристический, или реактивный, треугольник ABC(рис. 2.48, а). Если к отрезку аА, равному в определенном масштабе напряжению Uпри некотором токе нагрузки Iн, и некотором токе возбуждения Iв, прибавить отрезок АВ, равный в том же масштабе падению напряжения Ia∑r в генераторе, то получим отрезок аВ, равный э.д.с. Е. При холостом ходе такая э.д.с. индуктируется в обмотке якоря при меньшем токе I'в, соответствующем абсциссе точки С. Следовательно, отрезок ВС характеризует размагничивающее действие реакции якоря в масштабе тока возбуждения. При неизменном токе Iн катет АВ характеристического треугольника является постоянным; катет ВС зависит не только от тока Iн, но и от степени насыщения магнитной системы, т.е. от тока возбуждения Iв. Однако в ряде случаев влиянием тока возбуждения пренебрегают и принимают, что отрезок ВС пропорционален только току Iн.