Коммутация. При вращении якоря секции его обмотки попеременно проходят под полюсами разной полярности и тем самым переключаются из одной параллельной ветви в другую. Процесс переключения секций из одной параллельной ветви в другую, называемый коммутацией, сопровождается изменением тока в секции и замыканием этой секции щеткой накоротко. Секции, замкнутые накоротко в процессе коммутации, называются коммутируемыми секциями. Коммутация в секции начинается с момента, когда коллекторные пластины перекрываются набегающим краем щетки, а заканчивается в момент выхода указанных коллекторных пластин из-под сбегающего края щетки. Рассмотрим процесс коммутации в одной из секций обмотки якоря при различных положениях щетки. Для простоты будем считать, что ширина щетки равна ширине коллекторной пластины. В начале коммутации (рис. 60, а) щетка перекрывает коллекторную пластину 1 и ток якоря /я разветвляется на две части, при этом по каждой параллельной ветви (правой и левой) протекают токи /я/2. В процессе вращения якоря щетка начинает перекрывать две коллек • торные пластины 1 я 2, при этом замыкает накоротко коммутируемую секцию /, 4, обо-

значаемую жирной линией. В момент равномерного перекрытия пластин / и 2 (рис. 60, б) через коммутируемую секцию ток протекать не будет, а в параллельных ветвях будут протекать токи /я/2.

В конце коммутации (рис. 60, в) щетка вновь будет перекрывать пластину 2, Ток в ком-мутируемой секции будет направлен противоположно его направлению в начале коммутации (см. рис, 60, а),

Таким образом, за время коммутации, определяемое частотой вращения якоря, рассматриваемая секция переходит из левой параллельной ветви в правую, За этот период токи в проводниках 2 и 3 остаются неизменными, равными /н/2, так как проводник 2 остается все время в правой, а проводник 3 — в левой параллельной ветви. Ток же в секции 1, 4 изменяется. В начальный период он уменьшается до нуля, это происходит в момент, когда щетка перекроет одинаковую площадь коллекторных пластин / и 2, дальнейшее движение секции /, 4 изменит направление тока на обратное, и он начнет увеличиваться. В конце периода коммутации к моменту схода щетки с коллекторной пластины / ток достигнет значения /я/2. Секция /, 4 в этот период будет находиться в первой ветви обмотки якоря (см. рис. 60, в).

Рассмотренный процесс коммутации не вызывает каких-либо неприятных последствий. Однако в обычных условиях работы тяговых двигателей коммутация протекает более сложно. Изменение тока от +1я/2 до —/я/2 происходит очень быстро—-примерно за 0,0001—0,001 с, а щетка перекрывает одновременно несколько коллекторных пластин. Измеиеиие тока в коммутируемых секциях приводит к изменению магнитного потока, который пронизывает проводники соседних секций. В результате этого в коммутируемой секции возникают э. д. с. самоиндукции и э. д. с. взаимоиндукции, совместно они представляют реактивную э. д. с. «р, В замкнутой накоротко секции реактивная э. д. с. ер вызывает

добавочный ток коммутации /н •= ер/гк. Сопротивление короткозамкнутой секции гк обычно очень мало и поэтому ток /к достигает больших значений.

Ток /к увеличивает общий ток в коммутируемой секции и сильно влияет на характер коммутации. Ввиду того что ток в коммутируемой секции в процессе коммутации стремится уменьшиться, а затем изменить свой знак, э. д, с. ер и ток коммутации /„ согласно правилу Леица должны противодействовать этому уменьшению; следовательно, в первую половину периода коммутации оии будут иметь направление, совпадающее с направлением тока в коммутируемой секции. Ток коммутации /к уменьшает ток *, (рис. 61) под набегающим краем щетки и увеличивает ток !а под сбегающим краем. Плотность тока под щетками становится неравномерной — повышенной под сбегающим краем щетки и пониженной под небагающим. В момент схода щетки с коллекторной пластины плотность тока может достичь большого значения, что приведет к повышенному искрению.

щ

Рис. 62. К оценке качества коммутации:

Щ - - щетка; КП — коллекторная пластина; X — место образования искры

При неблагоприятном процессе коммутации между щеткой и пластиной может появиться электрическая дуга. Дуга может переходить от пластины к пластине, что приведет к возникновению кругового огня.

Для оценки качества коммутации применяют специальную шкалу, которая включает в себя пять степеней искрения (рис. 62). Нормальными для продолжительной работы двигателя считаются степени искрения 1, и 1 */я. Работа тягового двигателя со степенью искрения 2 допускается лишь при кратковременных перегрузках, а со степенью искрения 3, как правило, не допускается.

. Способы улучшения коммутации. Причин неудовлетворительной коммутации тяговых двигателей много, однако основной причиной искрения под щетками является добавочный ток коммутации /н, вызванный реактивной э. д. с. ер, следовательно, улучшить коммутацию можно уменьшением реактивной э. д, с. ер, уменьшением тока коммутации /н путем увеличения сопротивления в цепи коммутируемой секции и создания компенсирующей э. д. с. ен в коммутирующих секциях. Для увеличения суммарного сопротивления в цепи коммутируемой секции подбирают электрографитированные щетки, имеющие большое сопротивление, кроме того, увеличивают переходное сопротивление между щеткой и коллектором. Уменьшение реактивной э. д. с. при меньшей индуктивности секции предусматривают в конструкции тягового двигателя: секции делают одновитковыми и пазы якоря открытыми и не очень глубокими, Так как индуктивность верхнего слоя всегда меньше индуктивности нижнего слоя, то для уравнивания индуктивности одну сторону каждой секции располагают в верхнем слое, а другую — в нижнем.

Качество коммутации зависит и от ширины щетки: чем больше щетка одновременно перекрывает пластин коллектора, тем больше коммутируется секций и, следовательно, увеличивается реактивная э. д. с.

Компенсирующую э. д. с. еп в тяговых двигателях создают с помощью системы дополнительных полюсов. Магнитное поле дополнительных полюсов воздействует на поле реакции якоря в зоне коммутации и индуктирует в коммутируемой секции компенсирующую э.д.с. ея. Так как э. д. с. ер зависит от тока якоря, то для обеспечения ее компенсации з. д. с. ек должна также зависеть от тока якоря. С этой целью катушки дополнительных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря. Если компенсирующая э. д. с. еп равна реактивной э. д. с. ер, то будут иметь место идеальные условия коммутации (/,< =0), при которых обеспечивается безыскровая работа тяговых двигателей.

При больших перегрузках начинает нарушаться компенсация реактивной э. д. с. ер из-за насыщения магнитной цепи дополнительных полюсов. В этом случае реактивная э. д. с. ер возрастает пропорционально току, а рост э. д. с. ек — более за-

Рис. 63. Нескомпенсированная э. д. с. ер', возникающая вследствие насыщения магнитной цепи дополнительных полюсов

медленным, вследствие чего в коммутируемой секции появится некомпенсированная э. д. с. ер, которая вызовет искрение под щеткой (рис. 63). Для увеличения предельной нагрузки насыщения магнитной цепи дополнительных полюсов их выполняют сплошными из литой стали, а поперечное сечение делают таким, чтобы индукция магнитного поля в стали сердечников была сравнительно небольшой, кроме этого, воздушный зазор под дополнительными полюсами делают значительно большим, чем под главными полюсами.

Охлаждение тяговых двигателей | Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р | Уход в эксплуатации и возможные неисправности