Меню

Что уменьшает реакцию якоря в машинах постоянного тока

Реакция якоря и ее виды

Дата публикации: 03 октября 2011 .
Категория: Статьи.

Явление реакции якоря

Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле, характер которого на основании рисунка 1, а и б показан на рисунке 2. Полярность полюсов и направлений токов якоря на этом рисунке соответствуют случаю, когда в режиме генератора (Г) якорь вращается по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) – против часовой стрелки.

Из рисунка 2 видно, что под влиянием поля якоря результирующее поле машины изменяется. Это явление называется реакцией якоря.

Поперечная реакция якоря

При установке щеток на геометрической нейтрали 1 – 1 (рисунок 1, б) поле якоря направлено поперек оси полюсов, и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря.

Рисунок 1. Магнитное поле индуктора (а) и якоря (б)

Как следует из рисунка 2, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе – в обратную сторону. Если условно, как это иногда делается, рассматривать линии магнитной индукции в качестве упругих нитей, то возникновение электромагнитного момента можно рассматривать как результат действия упругих сил этих нитей, стремящихся сократиться и повернуть якорь. Из рисунка 2 видно, что при такой трактовке явлений направления действия моментов совпадают с реальными как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Под воздействием поперечной реакции якоря нейтральная линия на поверхности якоря, на которой Bδ = 0, поворачивается из положения геометрической нейтрали 1 – 1 на на некоторый угол β в положение 2 – 2 (рисунок 2), которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе – в обратную сторону.

Из рисунка 1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рисунка 1, б, поле поперечной реакции якоря индуктирует э. д. с. одного направления, а в правой – другого. В результате этого при установке щеток на геометрической нейтрали суммарная э. д. с. от поля реакции якоря в каждой параллельной ветви обмотки и на щетках равна нулю.

Рисунок 3. Поле продольной реакции якоря

Продольная реакция якоря

Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90° эл. (рисунок 3), то поле якоря вдоль оси полюсов и называется полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока в якоре оказывает на поле полюсов намагничивающее или размагничивающее действие, и в результате его взаимодействия с полем полюсов электромагнитный момент не возникает. Индуктируемая при вращении якоря э. д. с. на щетках будет в этом случае также равна нулю.

Общий случай реакции якоря

Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной установки щеток, а также сознательных действий персонала щетки могут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол α (рисунок 4, а), причем 0 div > .uk-panel’>» data-uk-grid-margin>

Источник

Реакция якоря машины постоянного тока

Смещение магнитного поля генератора. Под реакцией якоря понимают явление воздействия магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов.

При холостом ходе генератора магнитное поле машины образовано только главными полюсами (рис. 1.10, а). Оно симметрично относительно оси полюсов и его ось совпадает с осью полюсов. Когда генератор работает с нагрузкой, по обмотке якоря протекает ток, который создает свое магнитное поле (рис. 1.10.б), называемое полем якоря. Ось магнитного поля якоря совпадает с линией, соединяющей щетки, т.е. с геометрической нейтралью, и перпендикулярна оси главных полюсов. При вращении якоря распределение тока в проводниках якоря остается неизменным и поле якоря — неподвижным в пространстве. Индукция этого поля пропорциональна току в якоре.

Читайте также:  Как высокова напряжения преобразовать ток

При работе генератора с нагрузкой поле якоря накла­дывается на поле полюсов. В генераторе создаётся результирующее поле (рис 1.10, В), повернутое по направлению вращения якоря на некоторый угол у относительно поля главных полюсов. Физическая нейтральная линия оказывается повернутой на тот же угол относительно геометрической нейтральной линии. При изменении нагрузки индукция поля якоря изменяется, изменяется и угол .

Результаты смещения магнитного поля. Смещение физической нейтральной линии вызывает нежелательные последствия, приводящие к ухудшению работы генератора: Ø уменьшается ЭДС, так как щетки оказываются установленными в точках, между которыми разность потенциалов не максимальная;

Ø переключение проводников обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую происходит не на физической нейтрали, а на геометрической, где расположены щетки и где результирующее поле В′ ≠ 0, что, как будет показано в следующем параграфе, приводит к искрению щеток и обгоранию коллекторных пластин;

Ø индукция магнитного поля под полюсами распределяется неравномерно; под краем полюса, на который якорь набегает, она уменьшается, а под краем полюса, с которого сбегает, – увеличивается (штриховая линия на рис. 1.7) настолько, что может создаться насыщение сбегающего края полюса и зубцов якоря. В результате появится продольная размагничивающая составляющая поля якоря, направленная против поля главных полюсов, что также приведет к уменьшению ЭДС якоря. Кроме того, в части проводников, находящихся в зоне магнитного насыщения, наводится значительная ЭДС, которая может вызвать пробой изоляции между соседними коллекторными пластинами и повышенное искрение на коллекторе.

Смещение магнитного поля двигателя. У двигателя постоянного тока при том же направлении тока в якоре направление вращения якоря по сравнению с генератором противоположное (штриховая стрелка на рис. 1.10, в), а картина распределения полей одинаковая. Результирующее поле и физическая нейтральная линия оказываются повернутыми на угол против направления вращения якоря.

Это приводит к нежелательным последствиям: уменьшается вращающий момент двигателя, так как часть проводников параллельной ветви, расположенных между щеткой и физической нейтралью, будет находиться в зоне полюса противоположной полярности – эта часть проводников будет создавать тормозной момент.

Как и у генератора, возможно искрение щеток и обгорание коллектора, а также появление продольного размагничивающего поля.

Способы уменьшения влияния реакции якоря. Наиболее действенным и распространенным средством уменьшения влияния реакции якоря на работу машины является применение дополнительных полюсов. Дополнительные полюсы устанавливаются на геометрической нейтральной линии между главными полюсами (рис. 1.11).

Их обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и намотана так, что ее магнитное поле направлено против магнитного поля якоря. В зоне геометрической нейтральной линии создаются условия, благоприятные для безыскровой работы щеток (более подробно этот вопрос рассмотрен в следующем параграфе). Дополнительные полюсы выполняют свои функции во всех режимах работы маши­ны: при изменении нагрузки одновременно изменяются ток и поле якоря, ток и поле дополнительных, полюсов; при переходе машины в режим двигателя одновременно изменяется направление токаи поля якоря и направление тока и поля дополнительных полюсов.

Для выравнивания индукции под полюсами в быстроходных машинах большой мощности (свыше 80 кВт на один полюс) применяют компенсационную обмотку, которую закладывают в специальные пазы в полюсных наконечниках (рис. 1.12).

Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и обмоткой дополнительных полюсов. Магнитное поле компенсационной обмотки всегда направлено навстречу магнитному полю якоря и таким образом оно компенсирует поле якоря в зоне главных полюсов.

В машинах малой мощности (до нескольких сотен ватт) вместо дополнительных полюсов применяют сдвиг щеток с геометрической нейтральной линии. При этом, как будет показано в § 1.7, создаются условия, уменьшающие искре­ние щеток из-за влияния реакции якоря.

Источник

Способы уменьшения реакции якоря.

1) В машинах любой мощности увеличивают воздушный зазор между якорем и краями полюсов. В этом случае магнитный поток смещается к центру полюсов.

Читайте также:  Каким прибором можно определить силу тока

2) В машинах средней и большой мощности установка дополнительных полюсов. Они создают магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку якоря.

3) В машинах большой мощности установка компенсационной обмотки в специальных пазах главных полюсов машины (на электропоездах ТЭД средней мощности — компенсационной обмотки нет). При этом компенсационная обмотка создаёт магнитное поле направленное встречно магнитному полю якоря. Для автоматической компенсации реакции якоря катушки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки соединяют всегда последовательно с обмоткой якоря (как правило, внутри самой электромашины).

Примечание: в машинах малой мощности щетки сдвигают за физическую нейтраль.

Коммутация

ток делится на ветви ток = 0 в точке

Перехода пластин

Коммутация – процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую. Секция, которая в момент коммутации замыкается щёткой накоротко, называется коммутируемой секцией. В коммутируемой секции ток меняется как по величине, так и по направлению за очень короткий промежуток времени. Процесс коммутации сопровождается искрением под щётками. Все причины искрения можно разделить на механические и электромагнитные.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ ИСКРЕНИЯ:

Ø слабое прижатие щёток к коллектору

Ø сколы на щётках

Ø износ щёток больше нормы

Ø загрязнение коллектора

Ø биение коллектора

Ø овальность коллектора и т.д.

Данные причины искрения устраняют при ремонте машины (щетки меняют на новые, коллектор обтачивают на токарном станке, делают продорожку коллектора, производят балансировку якоря и т.д.)

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИЧИНЫ ИСКРЕНИЯ:

1) Так как в коммутируемой секции ток очень быстро меняется по величине и направлению, то в ней появляется ЭДС самоиндукции (eL).

2) Так как щётка по ширине в 3-4 раза больше, чем ширина коллекторной пластины, то в процессе коммутации участвуют несколько секций одновременно. Поэтому в каждой из них индуктируется ЭДС взаимоиндукции (eM).

3) Из-за реакции якоря в коммутируемой секции индуктируется ЭДС вращения(eвр).

4) Так как тяговые двигатели на электроподвижном составе переменного тока питаются пульсирующим током от выпрямительной установки, а не постоянным, то в коммутируемой секции индуктируется трансформаторная ЭДС(eтр).

5) Из-за зубчатого строения сердечника якоря индуктируется ЭДС пульсации(eпульс).

Все эти ЭДС направлены согласно относительно друг друга, а так как коммутируемая секция замыкается щёткой, то под действием всех этих ЭДС в ней возникает ток коммутации(ik).

eL + eM + eвр + eтр + eпульс Rкс —сопротивление

ik = Rкскоммутируемой секции

Сопротивление коммутируемой секции — это сопротивление самой щётки + сопротивление от щётки с коллектором + сопротивление коллекторных пластин + сопротивление самой секции.

Возникший ток коммутации приводит к искрению:

1) увеличивается плотность тока под сбегающим краем щётки, что является первой причиной появления искрения под щётками;

2) так как переключение щёткой коллекторных пластин происходит очень быстро, то происходит размыкание цепи коммутируемой секции, когда по ней ещё проходит ток коммутации (разрыв под током), что является второй причиной появления искрения под щётками.

Поэтому для уменьшения искрения необходимо уменьшить величину тока коммутации.

1) Секции делают одновитковыми (уменьшают ЭДС самоиндукции)

2) Щётки по возможности делают меньшей ширины (уменьшают ЭДС взаимоиндукции)

3) Борются с реакцией якоря (уменьшают ЭДС вращения)

4) На электроподвижном составе переменного тока в цепь ТЭД включают сглаживающий реактор, который сглаживает пульсации тока. Кроме того параллельно обмотке возбуждения подключают резистор, за счёт которого сглаживают пульсации тока в обмотке возбуждения. Всё это приводит к уменьшению трансформаторной ЭДС.

5) Для уменьшения ЭДС пульсации пазы сердечника якоря делают по возможности меньшей глубины и более закрытой формы.

6) Для увеличения сопротивлениякоммутируемой секции щётки делают разрезными.

СТЕПЕНИ ИСКРЕНИЯ ПОД ЩЁТКАМИ.

Существует 5 степеней искрения под щётками.

v 1 –безыскровая коммутация

v 1 ¼ —слабое искрениене более чем под четвертью щётки

Читайте также:  Электропривод постоянного тока своими руками

v 1 ½ —слабое искрениене более чем под половиной щётки

v 2 — слабое искрениепод большей частью щётки

v 3 – сильное искрение под всей щёткой с вылетом отдельных искр

В эксплуатации допускаются первые три степени искрения.

Источник



Способы уменьшения вредного влияния реакции якоря

В связи с тем что реакция якоря неблагоприятно влияет на ра­бочие свойства машины постоянного тока, при проектировании машины принимают меры к устранению реакции якоря или хотя бы к ослаблению ее влияния до допустимых пределов.

Компенсационная обмотка.Наиболее эффективным средст­вом подавления влияния реакции якоря по поперечной оси являет­ся применение в машине компенсационной обмотки. Эту обмотку укладывают в пазы полюсных наконечников (рис. 10) и включа­ют последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы МДС компенсационной обмотки FK была противоположна по направле­нию МДС обмотки якоря Fa.Компенсационную обмотку делают распределенной по поверхности полюсного наконечника всех главных полюсов машины. При этом линейную нагрузку для ком­пенсационной обмотки принимают равной линейной нагрузке об­мотки якоря.

Включение компенсационной обмотки последовательно в цепь якоря обеспечивает автоматичность компенсации МДС якоря при любой (в пределах номинальной) нагрузке машины. Таким образом, в машине постоянного тока с компенсационной обмоткой при переходе от холостого хода к режиму нагрузки закон распределения магнитной индукции в зазоре главных полюсов остается практически неизменным. Однако в межполюсном пространстве часть МДС якоря остается нескомпенсированной. Нежелательное влияние этой МДС на работу щеточного контакта устраняют при­менением в машине добавочных полюсов.

Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах сред­ней и большой мощности – более 150÷500 кВт при U > 440 В, работающих с резкими колебаниями нагрузки, например в двига­телях для прокатных станов. Объясняется это тем, что компенса­ционная обмотка удорожает и усложняет машину и ее применение в некоторых случаях экономически не оправдывается.

Рис. 10. Компенсационная обмотка

Увеличение воздушного зазора под главными полюсами.В машинах малой и средней мощности, не имеющих компенсацион­ной обмотки, вредное влияние реакции якоря по поперечной оси ослабляют соответствующим выбором воздушного зазора под главными полюсами. При этом следует иметь в виду, что при дос­таточно малом воздушном зазоре и значительной линейной на­грузке реакция якоря по поперечной оси может не только ослабить магнитное поле под одной из частей главного полюса, но и пере­магнитить его, т. е. изменить полярность – «опрокинуть поле». Некоторое увеличение воздушного зазора под главными полюса­ми, особенно на их краях, значительно ослабляет действие реак­ции якоря. Однако не следует забывать, что увеличение воздушно­го зазора ведет к необходимости повышения МДС обмотки главных полюсов, а следовательно, и к увеличению размеров по­люсных катушек, полюсов и габарита машины в целом.

На этом же принципе уменьшения МДС поперечной реакции якоря за счет повышенного магнитного сопротивления на пути ее действия основан и другой способ ослабления действия реакции якоря. Этот способ состоит в том, что сердечники главных полю­сов делают из листовой анизотропной (холоднокатаной) стали (обычно применяют сталь марки 3411). Эта сталь в направлении проката обладает повышенной магнитной проницаемостью, а «по­перек проката» – небольшой магнитной проницаемостью. Штам­повать пластины полюсов из такой стали следует так, чтобы ось полюса совпадала с направлением проката листа стали.

Коммутация в М.П.Т. – это совокупность процессов происходящих в секциях якорной обмотки при их переключении из одной параллельной ветви в другую.

При нарушении процессов коммутации возникает искрение под щетками, которое может перерасти в круговой огонь по коллектору.

Для улучшения условий коммутации применяют:

1. Правильный подбор щеток и их установку в щеткодержателях;

2. Применяют дополнительные полюсы которые укрепляют между основными полюсами на статоре, но их обмотку включают последовательно с якорной, таким образом, что намагничивающая сила этой обмотки направлена встречно Н.С обмотки якоря.

Источник