Добавочные полюсы двигателя постоянного тока

Назначение дополнительных полюсов. Реакция якоря.

image0351. Якорь, находящийся под напряжением, создаёт своё магнитное поле image0372. Главные полюса также создают своё магнитное поле, равномерно распределённое по якорю. image0393. В результате взаимодействия двух полей магнитное поле главных полюсов искажается, т.е., физическая нейтраль двигателя немного наклоняется против направления вращения якоря.

Таким образом, магнитное поле со стороны набегающего края полюса (в моторном режиме) становится более насыщенным. Это значит, что и противо-ЭДС, наведённая в соответствующей секции якоря будет больше, чем в секции над сбегающим краем. Образовавшаяся разность потенциалов между ламелями (коллекторными пластинами) приведёт к повышенному искрению на коллекторе, что может привести к образованию кругового огня, однако, дополнительные полюса «выравнивают» искривлённый магнитный поток, предотвращая это явление. Дополнительные полюса предназначены для компенсации реакции якоря, путём выравнивания манитного потока главных полюсов.

Самоиндукция.

· Если разомкнуть цепь, содержащую катушку с большой индуктивностью, то при размыкании контактов будет образовываться электрическая дуга, способная привести к разрушению коммутационного аппарата, поэтому в подобных случаях необходимо применять устройство дугогашения или (для низковольтных цепей) подключать параллельно контактам конденсатор.

Вихревые токи.

При колебаниях напряжения в контактной сети изменяется магнитный поток в катушках подключённых электроаппаратов. Но изменяющийся магнитный поток способен индуктировать ЭДС самоиндукции не только в витках катушки, но и в массивных металлических проводниках. Пронизывая толщу массивного проводника, магнитный поток индуктирует в нем ЭДС, создающую индукционные токи. Эти, так называемые вихревые токи, распространяются по массивному проводнику и накоротко замыкаются в нем, вызывая перегрев и разрушение изоляции, что может привести к выходу аппарата из строя.

image040Сердечники катушек, якорей электродвигателей, трансформаторов, магнитопроводы различных электрических машин и аппаратов представляют собой как раз те массивные проводники, которые нагреваются возникающими в них индукционными токами. Явление это крайне нежелательно, поэтому для уменьшения величины индукционных токов части электрических машин и сердечники якорей и обмоток возбуждения электродвигателей делают не цельнолитыми, а состоящими из тонких пластин, изолированных друг от друга бумагой или слоем изоляционного лака. Благодаря этому преграждается путь для распространения вихревых токов по телу проводника. Вихревые токи также способны вызвать электрическую коррозию, то есть, разрушение структуры металла, а также размагничивают обмотки двигателя, ухудшая его тяговые характеристики

Источник

Главные и дополнительные полюса—важные части двигателя

Главные полюса предназначены для создания основного магнитного потока,

который взаимодействуя с током обмотки якоря, приводит якорь во вращение.

Добавочные полюса предназначены для улучшения коммутации. Коммутацией

называется процесс перехода тока секции обмотки якоря из одной

параллельной ветви в другую, т.е. процесс изменения направления тока в секции

якоря. Ток, проходящий по обмотке якоря, создаёт собственное магнитное

поле, которое взаимодействует с основным магнитным полем двигателя.

Воздействие магнитного поля якоря на основное поле двигателя

называется реакцией якоря. Реакция якоря нарушает правильную коммутацию,

вызывая искрение под щётками. Воздействие реакции якоря, вызывающее

искрение на коллекторе, устраняется с помощью добавочных полюсов,

которые размещены между главными полюсами по оси коммутируемых

секций, замыкаемых накоротко щётками.

Чтобы магнитное поле добавочных полюсов компенсировало эдс реакции

якоря при различных нагрузках, обмотку этих полюсов включают

последовательно с обмоткой якоря, в результате чего магнитное поле их

изменяется пропорционально нагрузке.

Сердечники главных полюсов набирают из штампованных листов ст2

толщиной 1-1,5 мм крайние листы толщиной 3—5мм. Сердечники крепят

Катушки тяговых и вспомогательных эл. двигателей выполняются бескаркасными.

Катушка главного полюса имеет два слоя а) обмотка последовательного возбуждения

намотана из шинной меди б) обмотка параллельного возбуждения имеет круглое

сечение. Слои катушки отделяют прокладкой, склеенной из миканита и асбестовой

бумаги. Наружную изоляцию выполняют тремя слоями щёлкослюдяной ленты и

двумя слоями стеклоткани. Обмотку с сердечником пропитывают электроизоляцион-

ном лаке КО 916 и просушивают получается изоляция монолит.

Сердечник якоря набирают из листов электротехнической стали Э12 толщиной 0.5мм.

Готовые листы для уменьшения потерь энергии от вихревых токов, покрывают

Читайте также:  масло турбинное тп 22 что обозначает буква с

На валу якоря пакет крепят на шпонке и стягивают двумя нажимными шайбами.

Пакет напрессованный на вал и закрепленный нажимными шайбами, представляет

с собой сердечник якоря. Пакет имеет пазы, предназначенные для укладывания в них обмотки якоря. Обмотка якоря укладывают в два слоя. Изоляция провода якоря

марки ПСД или ПСДК. Пазовая изоляция имидофлекс. Обмотка якоря удерживается в пазах стеклолентой ЛСБ-F.

Коллектор – предназначен для распределения тока по обмотке якоря.

Он состоит из комплекта коллекторных пластин, втулки и нажимного конуса.

Коллекторные пластины изготовляют из коллекторной или кадмиевой меди,

которая обладает большой износостойкостью. Друг от друга коллекторные пластины

изолируют миканитовыми прокладками толщиной 0.8мм.

Корпус щеткодержателя имеет два гнезда для установки щёток и нажимное

устройство, обеспечивающее прижатие щёток к коллектору. Кронштейн

щеткодержателя имеет две прессованные пластмассой шпильки в насаженными

на них фарфоровыми изоляторами и крепится к подшипниковому щитку.

Расстояние от корпуса щеткодержателя до рабочей поверхности коллектора

должно составлять 3-4мм.

Применяют электрографитные щётки марки ЭГ841 50х30х20.

Допустимый износ щёток для ТЭД 25мм.

Технические данные электродвигателя ДК259Г

Тип возбуждения смешанное.

Напряжение В 550/ 275

Номинальная об/мин 1200

Ток часового режима А 190

Сопротивление якоря Ом 0,055

последовательного возбуждения Ом 0,041

параллельного возбуждения Ом 47

Обмотка дополнительных полюсов Ом 0,027

Щеткодержатели число 2

Масса двигателя, кг 450

image002 image003image004

image005 image006 image007 image008 image009 image010 image011 image012 image013 image014 image015 image016 image017 image018 image019 image016 image020 image010 image021 image022 image023 image011 image011 image024 image025 image016 image016 image026 image027 image028 image011 image029 image011 image016 image030 image031 image032 image033 image034 image035 image036 image037 image038 image038 image039 image040 image041 image042 image043 image044 image043 image045 image046 image047 image048 image017 image049 image050 image051 image052 image053 image054 image055 image056 image045 image057 image058 image059 image060 image061 image062 image063 image064 image065 image066 image067 image068 image069 image069 image058 image070 image070 image071 image072 image073 image074 image075 image076 image077Схема соединений электродвигателя ДК-259Г

image078
image079
image080

image081 image082Ш-2

image083S N

image084Д-2

image085n n

image086 image087Д-1

image088Ш-1 S

image089s

Источник

Способы улучшения коммутации на коллекторе

Для создания хороших условий коммутации необходимо прежде всего обеспечить надлежащее состояние коллектора и щеточного аппарата, чтобы устранить механические причины искрения. Ниже рассматриваются способы обеспечения необходимых электромагнитных условий коммутации. Эти способы направлены на уменьшение добавочного тока коммутации или тока короткого замыкания коммутируемой секции и сводятся к следующим мероприятиям: 1) созданию коммутирующей электродвижущей силы (э. д. с.) с помощью добавочных полюсов или сдвига щеток с геометрической нейтрали, 2) уменьшению реактивной э. д. с. и 3) увеличению сопротивления цепи коммутируемой секции.

Добавочные полюсы

Основным способом улучшения коммутации в современных машинах постоянного тока является создание коммутирующего магнитного поля с помощью добавочных полюсов.

Добавочные полюсы устанавливаются между главными полюсами (рисунок 1) и крепятся болтами к ярму индуктора. Намагничивающая сила добавочных полюсов Fд.п должна быть направлена против намагничивающей силы реакции якоря Faq, чтобы скомпенсировать ее и создать сверх того коммутирующее поле Bк для компенсации реактивной э. д. с. er. Следовательно, при отсутствии компенсационной обмотки Fд.п > Faq, а при наличии ее Fд.п + Fк.о > Faq. В последнем случае требуемое значение Fд.п меньше, так как основная доля реакции якоря компенсируется компенсационной обмоткой.

Рисунок 1. Расположение и полярность добавочных полюсов

Учитывая сказанное, на основании рисунка 1 можно сформулировать правило.

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

Так как величины Faq и er пропорциональны току якоря, то для их компенсации Fд.п и Bк также должны быть пропорциональны току якоря. Для удовлетворения этого условия обмотку добавочных полюсов соединяют последовательно с якорем, а добавочные полюсы выполняют с ненасыщенной магнитной системой. Поэтому при номинальной нагрузке в них допускается индукция не больше 0,8 – 1,0 Т. Так как на отдельных участках ярма индуктора магнитные поля главных и добавочных полюсов складываются, то во избежание насыщения этих участков индукция главного поля в ярме должна быть не больше 1,3 Т. Сердечники добавочных полюсов изготавливаются массивными из стальной поковки или листовой стали.

При таком устройстве добавочных полюсов индуктируемая ими коммутирующая э. д. с.

С другой стороны, реактивная э. д. с. Также пропорциональна Iаvа:

Потому соблюдение условия eк = er при изменении нагрузки и скорости вращения достигается автоматически.

При относительно малом полезном магнитном потоке добавочных полюсов их намагничивающую силу Fд.п приходится брать большой, так как значительная часть Fд.п (75 – 85%) расходуется на компенсацию Faq. По этой причине коэффициент рассеяния добавочных полюсов велик: σд = 3 – 5 при отсутствии компенсационной обмотки и σд = 2 – 3 при наличии ее. Если обмотка добавочных полюсов располагается далеко от якоря (рисунок 2, а), то возникает большой поток рассеяния. Для уменьшения рассеяния обмотку добавочных полюсов размещают ближе к якорю (рисунок 2, б), а в крупных машинах, кроме того, подразделяют воздушный зазор на две части путем создания второго немагнитного зазора между ярмом и сердечником добавочного полюса (рисунок 2, б) с помощью немагнитных прокладок (н.п.), например, из меди, дюралюминия или гетинакса.

Читайте также:  мобилункус в мазке у женщин что это такое

Рисунок 2. Добавочные полюсы с неподразделенным (а) и подразделенным (б) немагнитным зазором

Добавочные полюсы применяются в машинах с Pн > 0,3 кВт. Обычно число добавочных полюсов берется равным числу главных, однако в машинах мощностью до 2 – 2,5 кВт иногда делают половинное число добавочных полюсов. Применение добавочных полюсов позволяет увеличить линейную нагрузку машины и тем самым уменьшить ее размеры и стоимость.

Коммутация создает электромагнитные колебания частотой 1000 – 3000 Гц, которые распространяются по электрической сети, присоединенной к машине. Эти колебания вызывают радиопомехи, затрудняющие работу радиоприемной и другой радиотехнической аппаратуры. Для борьбы с этими помехами производят симметрирование цепи якоря машины, то есть обмотки, включенные последовательно с якорем, в том числе и обмотку добавочных полюсов, разбивают на две части, которые присоединяют к щеткам противоположной полярности (рисунок 3). Кроме того, между щетками разных полярностей и корпусом машины присоединяют конденсаторы для шунтирования высокочастотных колебаний на зажимах машины.

Рисунок 3. Подавление радиопомех

Улучшение коммутации путем сдвига щеток

В машинах мощностью до нескольких сотен ватт добавочных полюсов не ставят. Коммутирующее поле при этом можно создать путем сдвига щеток с геометрической нейтрали, благодаря чему в зоне коммутации начнет действовать поле главных полюсов (рисунок 4). Чтобы индуктируемая этим полем в коммутируемой секции э. д. с. eк имела правильное направление, поле главных полюсов в зоне коммутации должно быть направлено против поля реакции якоря.

Рисунок 4. Улучшение коммутации путем сдвига щеток с геометрической нейтрали

Для этого в генераторе щетки необходимо повернуть в сторону вращения, а в двигателе – наоборот (рисунок 4).

Если поток главных полюсов Фσ изменяется пропорционально току якоря (машины с последовательным возбуждением), то при определенном, фиксированном положении щеток можно достичь хороших условий коммутации в широком диапазоне изменения нагрузки. Если же Фσ = const, то наилучшие условия коммутации достигаются только при одной, определенной нагрузке.

Установку щеток производят на глаз, наблюдая за искрением.

Уменьшение реактивной э. д. с.

Для обеспечения хорошей коммутации необходимо, чтобы er ≤ 7 – 12 В.

Зависимость er от различных величин очевидна из равенства:

При этом надо отметить, что уменьшение линейной токовой нагрузки якоря Aа нецелесообразно с точки зрения использования материалов, а величины vа = π × Dа × n и lσ определяются номинальной мощностью машины. Следовательно, ограничение er зависит от возможностей уменьшения wс и ξ.

В машинах мощностью более 50 кВт всегда wс = 1.

Уменьшение ξ возможно за счет ослабления взаимной индукции между коммутируемыми секциями, что достигается укорочением шага на величину не более одного зубцового деления и применением ступенчатой обмотки. В последнем случае взаимоиндуктивная связь между секциями ослабляется вследствие того, что если верхние стороны uп секций находятся в одном пазу, то их нижние стороны располагаются в разных пазах (рисунок 5, б).

Рисунок 5. Укладка секций равносекционной (а) и ступенчатой (б) обмоток при uп = 2

Определенное снижение ξ получается также, если увеличивать высоту сечения проводника в пазу якоря. В этом случае вследствие эффекта вытеснения тока во время коммутации уменьшается индуктивность проводника и секции.

В петлевых обмотках при отсутствии уравнителей первого рода токи отдельных параллельных ветвей различны и поэтому различны также реактивные э. д. с. секций, коммутируемых различными щетками, и намагничивающие силы реакции якоря в зонах различных добавочных полюсов. Однако намагничивающие силы всех добавочных полюсов равны, так как они определяются полным током якоря. Вследствие сказанного равновесие между реактивной и коммутирующей э. д. с. нарушается и наступает расстройство коммутации. При наличии уравнителей первого рода указанные неблагоприятные обстоятельства устраняются.

Перспективно применение машин постоянного тока с беспазовым якорем, в которых обмотка якоря укладывается и укрепляется на поверхности цилиндрического якоря. В этом случае потоки рассеяния (рисунок 6) ослабляются, и поэтому реактивная э. д. с. значительно уменьшается. Уменьшается также реакция якоря. Такие машины имеют тот недостаток, что немагнитный зазор между полюсами и якорем увеличивается и требуется значительно более сильная обмотка возбуждения.

Читайте также:  Дизельный двигатель д 144 генератор

Рисунок 6. Магнитные потоки рассеяния секции

Увеличение сопротивления цепи коммутируемой секции

в принципе возможно за счет выполнения «петушков» с повышенным сопротивлением. Однако это приводит к уменьшению коэффициента полезного действия (к. п. д.) машины, а также к увеличению плотности тока у сбегающего края щетки (рисунок 7, б). Кроме того, такие «петушки» ненадежны в работе.

Существенным является подбор щеток с надлежащими характеристиками. При тяжелых условиях коммутации лучше работают твердые графитные щетки с повышенным переходным сопротивлением переходного контакта, однако при этом электрические потери в переходном контакте и механические потери на трение также больше. Щетки с круто поднимающейся вольт-амперной характеристикой благоприятны с точки зрения уменьшения плотности тока на сбегающем краю щетки и способствуют улучшению коммутации. Медно-графитные щетки, обладающие малым переходным сопротивлением, применяются только в машинах на напряжение до 25 – 30 В.

Для улучшения коммутации предложен ряд других мер, которые, однако, не находят широкого применения.

Улучшение коммутаций при переходных режимах и пульсирующем токе

Выше основное внимание уделялось коммутации при нормальных установившихся режимах работы. При резких переходных режимах (толчкообразная и пульсирующая нагрузка, сильные перегрузки, короткие замыкания и т. п.), а также при питании машин постоянного тока, в особенности от однофазной сети (например, железные дороги, электрифицированные на переменном токе), условия коммутации ухудшаются.

Одной из причин ухудшения коммутации при указанных условиях может являться наличие трансформаторной э. д. с. eтр, которая возникает при изменении магнитного потока главных полюсов. Компенсация этой э. д. с. с помощью добавочных полюсов практически невозможна, так как закономерности изменения eтр и eк различны. В частности, eтр вовсе не зависит от скорости вращения. Поэтому в необходимых случаях принимают меры к уменьшению eтр. Например, в тяговых двигателях постоянного тока, устанавливаемых на электровозах переменного тока с выпрямителями, обмотки возбуждения главных полюсов шунтируются активными сопротивлениями. Вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения пульсирующая составляющая выпрямленного тока при этом будет ответвляться в шунтирующее сопротивление и поток главных полюсов не будет содержать этой составляющей.

При быстрых изменениях тока в цепи якоря поток добавочных полюсов вследствие возникновения вихревых токов в массивной магнитной цепи и создаваемых ими магнитных потоков не будет изменяться пропорционально току якоря и компенсация реактивной э. д. с. нарушится. Улучшить коммутацию при этом можно с помощью индуктивной катушки, присоединяемой параллельно обмотке добавочных полюсов. Если постоянная времени

индуктивной катушки значительно больше постоянной времени обмотки добавочных полюсов, то ток в этой катушке будет меняться весьма медленно по сравнению с током в обмотке добавочных полюсов. Поэтому резкие изменения тока якоря ΔI воспринимаются этой обмоткой, и так как через нее проходит только часть полного тока якоря, то относительное изменение тока в обмотке добавочных полюсов будет больше, чем в обмотке якоря. Такая «форсировка» тока обмотки добавочного полюса позволяет добиться более быстрого изменения его магнитного потока и тем самым компенсировать в определенной мере влияние вихревых токов в магнитопроводе. Однако наиболее эффективной мерой улучшения коммутации в машинах с резко изменяющейся нагрузкой или при сильных пульсациях питающего тока является изготовление сердечников добавочных полюсов, а также ярма машины из листовой электротехнической стали.

Эффективной мерой улучшения коммутации при резко переменной нагрузке является также применение компенсационной обмотки, которая предотвращает опасность возникновения кругового огня, а также улучшает условия действия добавочных полюсов.

При значительных перегрузках машины, а в особенности при коротких замыканиях. сердечники добавочных полюсов насыщаются прежде всего за счет больших потоков рассеяния. В этом случае с помощью добавочных полюсов уже нельзя обеспечить компенсацию реактивной э. д. с. и коммутация сильно ухудшается. При наличии компенсационной обмотки поток рассеяния добавочных полюсов значительно уменьшается, в результате чего область их правильного действия увеличивается.

Источник: Вольдек А.И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Ваша безопасность
Adblock
detector