Способы компенсации реакции якоря

Реакцией якоря называется воздействие магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов машины. В режиме холостого хода ток якоря равен нулю и магнитное поле машины образуется только главными полюсами (рис (а)). Оно симметрично относительно оси главных полюсов и относительно геометрической нейтрали . Если отключить обмотку возбуждения и подключить якорь к источнику питания, то протекающий в обмотке якоря ток создаст магнитное поле, показанное на рисунке (б). Магнитная ось полюсов этого поля совпадает с осью щеток и перпендикулярна оси поля главных полюсов. Вращение якоря не влияет на картину поля якоря, т.к. распределение тока в обмотке якоря остается постоянным. В рабочем режиме машины включены обе обмотки и магнитное поле образуется суммированием обоих полей. В результате ось магнитного поля поворачивается на некоторый угол и на этот же угол поворачивается физическая нейтраль . Так как при одинаковом направлении вращения, направление тока якоря двигателя и генератора разное, то направление магнитного поля якоря и смещение физической нейтрали в этих режимах будет противоположеным. В режиме генератора нейтраль смещается в сторону вращения, а в режиме двигателя – против вращения.

В результате смещения часть проводников параллельной ветви, расположенных между щеткой и нейтралью окажется под полюсом противоположной полярности и будет создавать тормозной момент.

Изменение нагрузки машины будет приводить к изменению тока якоря и соответствующему усилению или ослаблению его магнитного поля. Поэтому угол будет изменяться с нагрузкой.

Помимо смещения нейтрали реакция якоря уменьшает общий магнитный поток за счет того, что поле под главными полюсами искажается. Под одним краем полюса оно ослабляется, а под другим усиливается, но усиление поля в результате насыщения края полюса оказывается меньше ослабления и результирующий магнитный поток уменьшается, что отрицательно сказывается на энергетических показателях машины.

Смещение физической нейтрали оказывает также негативное влияние на процесс коммутации .

Наиболее эффективным средством уменьшения влияния реакции якоря является компенсационная обмотка. Она укладывается в специальные пазы главных полюсов и включается последовательно в цепь якоря. Магнитное поле компенсационной обмотки направлено встречно и, как следует из ее названия, компенсирует магнитное поле якоря. Ток компенсационной обмотки равен току якоря, поэтому компенсация происходит при всех режимах от холостого хода до полной нагрузки. В результате поле машины под главными полюсами остается практически неизменным. Однако в межполюсном простанстве часть МДС якоря остается не скомпенсированной и оказывает отрицательное влияние на работу щеточно-коллекторного узла. Компенсация реакции якоря в этой области осуществляется применением добавочных полюсов. Компенсационные обмотки сильно усложняют и удорожают машину, поэтому они используются только в специальных двигателях средней и большой мощности.

Другим способом компенсации является увеличение зазора между краями главных полюсов и якорем. Для сохранения потока при увеличении зазора требуется увеличение МДС обмотки возбуждения. Это приводит к увеличению полюсов, катушек и в целом к ухудшению массогабаритных показателей. Увеличение зазора используют в машинах малой и средней мощности.

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.

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

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

Реакция якоря в машинах постоянного тока

Магнитный поток в машине постоянного тока создается всеми ее обмотками, по которым протекает ток. В режиме холостого хода по обмотке якоря генератора ток не протекает, а по обмотке якоря двигателя протекает ток холостого хода, небольшой по значению. Поэтому в машине существует только основной магнитный поток Ф0, создаваемый обмоткой возбуждения полюсов и симметричный относительно их осевой линии (рис. 1, а).

На рис. 1, а (коллектор не показан) щетки расположены рядом с проводниками обмотки якоря, от которых идут отпайки к тем коллекторным пластинам, с которыми в данный момент соединены щетки. Такое положение щеток называется положением на геометрической нейтрали, т. е. на линии, проходящей через центр якоря и проводники обмотки, в которых индуцируемая основным магнитным потоком э. д. с. равна нулю. Геометрическая нейтраль перпендикулярна осевой линии полюсов.

Когда к обмотке якоря генератора присоединена нагрузка Rn или когда на вал двигателя действует тормозной момент, по обмотке протекает ток якоря 1Я, который создает магнитный поток якоря Фя (рис. 1, б). Магнитный поток якоря направлен по линии, на которой расположены щетки. Если щетки расположены на геометрической нейтрали, то поток якоря направлен перпендикулярно основному магнитному потоку и поэтому называется поперечным магнитным потоком.

Рис. 1. Магнитные потоки в машине постоянного тока: а — магнитный поток полюсов; б — магнитный поток обмотки якоря; в — результирующий магнитный поток

Влияние магнитного потока якоря на основной магнитный поток называется реакцией якоря. В генераторе постоянного тока под «сбегающим» краем полюса магнитные потоки складываются, под «набегающим» — вычитаются. У двигателя — наоборот. Таким образом под одним краем полюса результирующий магнитный поток Ф увеличивается по сравнению с основным магнитным потоком, под другим краем полюса — уменьшается. В результате он становится несимметричным по отношению к осевой линии полюсов (рис. 1, в).

Физическая нейтраль — линия, проходящая через центр якоря и проводники обмотки якоря, в которых индуцируемая результирующим магнитным потоком э. д. с. равна нулю, поворачивается на угол а по отношению к геометрической нейтрали (в сторону опережения у генераторов, в сторону отставания — у двигателей). При холостом ходе физическая нейтраль совпадает с геометрической.

В результате реакции якоря магнитная индукция в зазоре машины становится еще более неравномерной. В проводниках якоря, находящихся в точках повышенной магнитной индукции, индуцируется большая э. д. с, что приводит к увеличению разности потенциалов между соседними пластинами коллектора и к возникновению искрения на коллекторе. Иногда электрическая дуга перекрывает весь коллектор, образуя «круговой огонь».

Кроме того, реакция якоря приводит к уменьшению э. д. с. якоря, если машина работает в области, близкой к насыщению. Это связано с тем, что когда основной магнитный поток Ф0 создает насыщенное состояние магнитопровода, то увеличение магнитного потока на +ΔФ под одним краем полюса будет меньшим, чем уменьшение на —ΔФ под другим (рис. 2). Это приводит к уменьшению суммарного потока полюса и э. д. с. якоря, так как

Отрицательное влияние реакции якоря можно уменьшить, сдвигая щетки на физическую нейтраль. При этом поток якоря поворачивается на угол α и встречный поток под набегающим краем полюса генератора уменьшается. Сдвиг щеток осуществляют у генератора по направлению вращения якоря, а у двигателя — против направления вращения якоря. Угол α меняется с изменением тока якоря Iя. На практике щетки обычно устанавливают на угол, соответствующий средней нагрузке.

В машинах средней и большой мощностей применяют компенсационную обмотку, расположенную в пазах главных полюсов и включаемую последовательно с обмоткой якоря так, чтобы ее магнитный поток Фк был противоположен магнитному потоку Фя. Если при этом Фк = Фя, то магнитный поток в воздушном зазоре из-за реакции якоря практически не искажается.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник