CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 160 1966
НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК И КОММУТАЦИИ ЭМУ ПОПЕРЕЧНОГО ПОЛЯ С ГЛАДКИМ ЯКОРЕМ
А. И. СКОРОСПЕШКИН, Г. Г. КОНСТАНТИНОВ
(Рекомендована семинарам кафедр электрических машин и общей электротехники)
При конструировании и эксплуатации ЭМУ серьезные трудности представляют вопросы коммутации. Процесс коммутации во многом определяет качество работы усилителя. В данной статье приводятся некоторые результаты исследований основных характеристик и коммутации двух ЭМУ поперечного поля с гладким якорем.
Нами изготовлены два ЭМУ поперечного поля с гладким якорем. Один из усилителей имеет данные:
р = 0,7 кет, и = 30 в, п = 2900 об/мин; другой:
Р = 0,7 кет, и— 60 в, п = 2900 об/мин.
В первом усилителе применена простая петлевая однослойная обмотка с одновитковыми секциями и во втором — однослойная с двух-витковыми секциями.
В 'силу конструктивных особенностей ЭМУ -с гладким бешазовым якорем (-обмотка уложена по поверхности пакета якоря и закреплена с помощью эпоксидной смолы) воздушный зазор у него значительно увеличивается, соответственно уменьшается коэффициент усиления.
Для увеличения коэффициента усиления ЭМУ с гладким якорем была введена продольная подмагничивающая обмотка. Продольная подмагничивающая обмотка укладывается в большие пазы и включается в поперечную цепь ЭМУ (рис. 1). В этом случае н.с. возбуждения является результирующей двух н. с.
Рв ~ Ру ^ПОД! 0)
где Иу — н. с. обмотки управления,
Рпод— н- с- продольной подмагничивающей обмотки.
Расчеты и экспериментальные исследования позволили выявить максимально возможное распределение этих н. с. Оно примерно находится в таких пределах: 68 проц. приходится на продольную подмагни-чивающую обмотку и 32 проц. — на обмотку управления.
При дальнейшем увеличении процентного отношения н. с. продольной подмагничивающей обмотки начинается самовозбуждение ЭМУ.
На рис. 2 дана зависимость э.д.с. выходной ступени от тока управления Е3 = {(1у). И,з рис. 2 |ВИ|дно, ¡что одну и ту же ¡выходную э.д.с. (можно получить, изменяя в широких пределах ток управления при различных соотношениях н. с. обмотки управления и продольной подмагничивающей обмотки.
В процессе испытаний были получены следующие данные по основным характеристикам ЭМУ:
Рис. 1. Схема ЭМУ с гладким якорем, ОУ — обмотка управления, ПСд — продольная подмагничиваю-
щая обмотка, Поч — поперечная подмагничиваю-щая обмотка, К — компенсационная обмотка, И н — сопротивление нагрузки, 1?1 и — шунтирующие -сопротивления.
ти/
Рис. 2. Результирующая ха|ракт9риати.ка Ез=^(1у) при различных процентных отношениях н. с. продольной подмагничивающей обмоши.
а) для первого усилителя
К у = 350, Т=0,2 сек, Кд=1750.
б) для второго усилителя
Ку = 2400, Т - 0,23 сек, Кд — 10 400, где К у — коэффициент усиления, Т — быстродействие усилителя, Кд — (коэффициент добротности.
Низкое значение коэффициента добротности Кд первого усилителя объясняется значительной величиной немагнитного слоя (изоляция пакета якоря, диаметр проводников якорной обмотки, слой эпоксидной смолы плюс воздушный зазор), равного 2,4 мм и большим числом витков поперечной подмагничивающей обмотки (|3 = 3). Во втором усилителе величина немагнитного слоя доведена до 1,57 мм за счет применения в якорной обмотке провода меньшего диаметра и уменьшено число витков поперечной подмагничивающей обмотки (р=1,5),
где = —--отношение числа витков поперечной
\У я
подмагничивающей обмотки к обмотке якоря на полюс. В усилителях с гладкими якорями обмотка охлаждается лучше, чем при расположении ее в пазах зубчатого якоря. Поэтому удельная тепловая нагрузка в ЭМУ с гладким якорем может быть увеличена.
На рис. 3 построены в относительных единицах внешние характеристики для второй модели ЭМУ с гладким якорем и серийного усилителя ЭМУ-12А со следующими данными:
Р=1,2 кет, и=115 в, п—2900 об/мин.
Рис. 3. Внешние характеристики ЭМУ при различной степени компенсации: — внешние характеристики усилителя с гладким якорем. — • — внешние характеристики серийного ЭМУ-12А.
Из рисунка видно, что для случая единичной компенсации внешняя характеристика усилителя с гладким якорем имеет больший наклон.
Объясняется это повышенной величиной падения напряжения в якоре по сравнению с обычным ЭМУ.
Что касается настройки компенсации, то в усилителе с гладким якорем она оказывает меньшее влияние, чем в обычном ЭМУ. Об этом свидетельствуют характеристики, полученные при е=0,95 и е = 0,98 для соответствующих усилителей.
При исследовании ЭМУ с гладким якорем основное внимание было уделено исследованию коммутации. Ставилась цель — ¡выя,вить, как будет вести в коммутационном отношении ЭМУ с гладким якорем при различных перегрузках и плотностях тока, при различной степени компенсации. Исследовалось также влияние на коммутацию дополнительных полюсов.
Исследование коммутации велось как раздельно в поперечной и продольной цепях, так и при совместной работе поперечных и продольных щеток.
При этом осциллографировались кривые тока и поля с помощью специальных витков, бнфилярных относительно исследуемых секций. Ввиду того, что характер кривых тока и поля в вышеуказанных случаях работы цепей усилителя получился приблизительно одинаков, то на рис. 4 и на рис. 5 приведены кривые тока и поля для случая совместной работы поперечной и продольной це;пей. На рис. 4 кривые тока а к б продольной цепи под щетками положительной и отрицательной ¡полярности; кривые тока с и (1 поперечной цепи под щетками положительной и отрицательной полярности.
Как видно из рис. 4, кривые тока в поперечной цепи имеют несколько замедленный характер, в продольной цепи — приближаются к прямолинейному.
На кривой поля (рис. 5).
I — область большого паза и
II — область среднего паза.
На кривой поля видны пульсации, обусловленные зубчатостью статора.
Рис. 4 Кривые тока продольной а и Ь и поперечно с и <1 цепей под щетками
обеих полярностей.
Рис. 5. Кривая поля при совместной работе щеток поперечной и продольной це-
пей.
Приведенные кривые тока и поля были получены для второго ЭМУ при единичной компенсации, номинальной нагрузке и температуре коллектора -|-750С. Температура коллектора измерялась с помощью термопары.
Коммутация в ЭМУ с гладким якорем исключительно хорошая. При плотностях тока в щетках свыше 40 а!см2 искрение совершенно отсутствует.
Исследования коммутации показали, что необходимость в дополнительных полюсах в продольной оси отпадает.
В одном из усилителей были удалены дополнительные полюсы, в другом оставлены. Существенной разницы в кривых тока не наблюдалось.
В отличие от обычных ЭМУ поперечного поля в усилителях с гладким якорем незначительно влияние степени компенсации на характер коммутации.
Та;К, например, во ¡второй модели при перекомпенсации 20 проц. и недокомпенсации 50 проц. заметных изменений в характере кривых тока не наблюдалось. Это, видимо, можно объяснить, большой величиной немагнитного слоя и незначительным полем якоря в зоне коммутации.
Безыскровая коммутация в ЭМУ с гладким якорем объясняется улучшением условий коммутации по сравнению с обычным ЭМУ. Так, магнитная проводимость обмотки гладкого якоря по [1] меньше примерно в 10 раз по сравнению с ЭМУ с зубчатым якорем. Соответственно уменьшается в 10 раз и значение реактивной э.д.с. Ниже приведены значения реактивной э.д.с., рассчитанные для обоих ЭМУ с гладким якорем:
Первый усилитель:
егЧ=0,026 в, егс1 = 0,053 в.
Второй усилитель:
= 0,086 в, егс1 = 0,11 в,
где
е^ — значение реактивной э.д.с. по поперечной оси;
еГс] — значение реактивной э.д.с. по продольной оси.
К благоприятно сказывающимся на коммутацию условиям в усилителях с гладкими якорями, безусловно, относятся следующие: идентичность всех коммутационных циклов, отсутствие пульсаций магнитного потока в коммутационной зоне.
Приведенные испытания на механическую прочность данных ЭМУ показали высокую надежность гладких якорей. В результате длительных испытаний никаких изменений или повреждений якоря не обнаружено.
В целом по результатам исследований можно сделать следующие выводы:
1. Усилитель с гладким якорем по основным характеристикам (Ку-Т! внешним характеристикам) стоит на уровне стандартных ЭМУ
поперечного поля.
2. В коммутационном отношении, по сравнению с обычным ЭМУ, характеризуется безыскровой коммутацией при значительных перегрузках и больших плотностях тока под щетками (свыше 40 а/см2).
3. Усилители с гладкими якорями имеют высокую механическую надежность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Э. Арнольд и И. Л апК у р. Машины постоянного тока ГОНТИ, т. 1,
1931.
