Причины снижения износа щёток при смещении их по направлению вращения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Для анализа причины снижения искрения при не традиционном смещении щёток (по направлению вращения) и отсутствия в некоторых случаях эффективности смещения щёток против направления вращения будут рассмотрены процессы, происходящие в коммутируемой секции в трёх случаях: щётки установлены на геометрической нейтрали, щётки смещены против направления вращения, щётки смещены по направлению вращения (рис. 4.5, 4.6, 4.7) [2п]. На рисунках указаны: МДС реакции якоря по продольной и поперечной осям и , ЭДС индуктируемые в коммутируемых секциях (при работе машины в режиме двигателя) и их направление (трансформаторной ЭДС пренебрегается, так как вне зависимости от направления смещения траверсы происходит её уменьшение).

На рисунках приняты следующие обозначения:

· - реактивная ЭДС;

где - число витков в секции;

- линейная скорость вращения якоря;

- линейная нагрузка;

- проводимость для полей рассеяния, замыкающихся вокруг коммутируемой секции, которая за счёт насыщения зубцовой зоны нелинейно связана с током якоря.

· - ЭДС вращения, обусловленная полем поперечной реакции якоря.

где - индукция, обусловленная поперечной МДС реакции якоря, которая нелинейно связана с током якоря за счёт определённого насыщения магнитной системы.

· - ЭДС вращения от поля главных полюсов

где - индукция, обусловленная полем главных полюсов

Рисунок 4.5 – Щётки на геометрической нейтрали

Рисунок 4.6 – Смещение щёток по направлению вращения

Рисунок 4.7 – Смещение щёток против направления вращения

При анализе делается допущение, что магнитные поля, созданные реакцией якоря и главными полюсами существуют раздельно.

Как известно, смещение щёток с геометрической нейтрали не зависимо от направления приводит к уменьшению полезного потока главных полюсов, который участвует в создании ЭДС параллельной ветви и электромагнитного момента (рис. 4.8). На полезный поток главных полюсов определённое влияние оказывает характер коммутации за счёт коммутационной реакции якоря. При прямолинейной коммутации влияние коммутационной реакции якоря отсутствует. При ускоренной коммутации коммутационная реакция якоря размагничивает магнитную систему уменьшая полезный магнитный поток, а при замедленной – подмагничивает (рис. 4.9). Ускорение процесса реверса тока в коммутируемой секции относительно исходного состояния при замедленной коммутации приводит к уменьшению коммутационной реакции якоря и снижению эффекта подмагничивания магнитной системы.

При смещении щёток с геометрической нейтрали по и против направления вращения возникает продольная реакция якоря , которая в первом случае подмагничивает магнитную систему, а во втором размагничивает (рис. 4.6, 4.7, 4.10).

Таким образом, на изменение полезного магнитного потока двигателя активно влияет смещение щёток с геометрической нейтрали, продольная реакция якоря и коммутационная реакция якоря.

Рис. 4.8 – Влияние смещения щёток на полезный магнитный поток

а) Щётки на геометрической нейтрали;

б) Смещение щёток против направления вращения

b - величина смещения щёток

1) Прямолинейная коммутация

2) Замедленная коммутация

3) Ускоренная коммутация

Рис. 4.9 – Виды коммутации

1) 2) 3)

2) Ускоренный характер ( будет размагничивать магнитную систему).

3) Замедленный характер

( будет подмагничивать магнитную систему).

Рис. 4.10 – Влияние намагничивающей силы коммутационной реакции якоря на основной поток машины

Таким образом, при смещении щёток по направлению вращения с геометрической нейтрали будет происходить уменьшение магнитного потока за счёт смещения щёток, за счёт ускорения процесса коммутации (искрение уменьшается) и увеличения магнитного потока под действием продольной составляющей реакции якоря. В таблице 4.14 представлены рабочие характеристики коллекторного двигателя переменного тока мощностью 1,8 кВт привода угловой шлифовальной машины (МШУ-1,8-230) при смещении щёток по направлению вращения и против направления вращения на 1 коллекторное деление и для случая, когда щётки находятся на геометрической нейтрали. Как следует из рабочих характеристик, при постоянном тормозном моменте наблюдается уменьшение тока нагрузки и уменьшение частоты вращения. Это позволяет сделать заключение о активном влиянии продольной реакции якоря на электромагнитный момент. То есть под действием МДС продольной реакции якоря произошло увеличение полезного магнитного потока на большую величину чем исходное значение, в связи с чем произошло уменьшение потребляемого тока.

При смещении щёток против направления вращения идёт уменьшение полезного магнитного потока за счёт эффекта смещения, за счёт размагничивающего действия продольной реакции якоря и, поскольку наблюдается повышенное искрение, происходит увеличение полезного магнитного потока под действием возрастания коммутационной реакции якоря. Сохранения постоянного электромагнитного момента обеспечивается увеличением потребляемого тока. При этом увеличение момента будет происходить в основном за счёт увеличения тока, так как частота вращения увеличивается.

Аналогичные изменения при смещении щёток против направления вращения наблюдаются у двигателя мощностью 2 кВт. Однако, процент изменения тока и частоты вращения составляет соответственно 2,8 и 5%. Процент изменения тока и частоты вращения при смещении по направлению вращения у двигателя мощностью 1,8 кВт несколько меньше (3 и 1,4 %).

Таблица 4.14 - Рабочие характеристики МШУ-1,8-230 при смещении щеток и постоянном тормозном моменте

№	Условия эксперимента		Рабочие характеристики при номинальной нагрузке
№	Давление на щетки, г.	Сдвиг щеток, мм	Коммутация, балл	I_ном, А	n_ном, об/мин	Р_1ном, Вт	cosφ, о.е.	η, %
1	270	На одно коллекторное деление против направления вращения	2	8,7	4390	1700	0,909	67,5
2	270	Щетки на нейтрали	2	8,4	4270	1660	0,898	71,9
3	270	На одно коллекторное деление по направлению вращения	1 ½	8,14	4210	1600	0,898	75,5

Из анализа приведённых данных можно сделать предположение, что ведущим фактором, обеспечивающим изменение рабочих характеристик двигателей переменного тока при смещении щёток является размагничивающее действие продольной составляющей реакции якоря.

Как известно, причиной искрения электромагнитного характера является электромагнитная энергия А, запасённая в коммутационном контуре в момент, предшествующий его разрыву щёткой. Если в момент предшествующий окончанию коммутационного процесса запас электромагнитной энергии окажется больше критического значения ( ) возникает искрение.

где: - добавочный ток в коммутируемой секции;

- коэффициент результирующей самоиндукции секции;

- сопротивления перехода щётка-коллектор в набегающем и сбегающем краях.

SЕ – суммарная ЭДС коммутируемого контура:

При смещении щёток по и против направления вращения возникает ЭДС, обусловленная полем главных полюсов . При смещении щёток против направления вращения действуют встречно с (ускоряют коммутацию), а при смещении против направления вращения – согласно.

ЭДС и нелинейно связаны с током за счёт насыщения элементов магнитной системы.

Смещение щёток против направления вращения, как видно из рабочих характеристик (таблица 4.14) связано с увеличением частоты вращения и потребляемым током (при постоянном тормозном моменте на валу), что приводит к увеличению ЭДС . ЭДС также увеличивается, однако при определённой степени насыщения магнитной системы и зубцовой зоны, а также величины отношения (где -ширина зоны коммутации, - полюсное деление, - ширина полюсного наконечника) и экцентричным магнитным зазором между полюсом и якорем приращение может быть не скомпенсировано ЭДС . То есть снижение искрения будет отсутствовать и даже может увеличиться. Что и наблюдается при проведении исследований.

При смещении щёток по направлению вращения все три ЭДС действуют согласно, однако уменьшение тока и частоты вращения (при постоянном тормозном моменте на валу) за счёт уменьшения даже при появлении может привести к уменьшению суммарной ЭДС коммутируемого контура и улучшению коммутации.

Таким образом, проведённые исследования позволяют сделать заключение о возможности в некоторых случаях улучшать коммутацию в коллекторных машинах переменного тока за счёт смещения щёток по направлению вращения, что позволяет улучшить технико-экономические показатели двигателя (уменьшить число витков обмотки возбуждения, cosj) за счёт использования продольной подмагничивающей реакции якоря.

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 52; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!