CC BY
8
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1967
РЕЗУЛЬТАТЫ УТОЧНЕННОГО РАСЧЕТА КОММУТАЦИИ И КОММУТАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ мпт НА ОСНОВЕ УЧЕТА СЕМЕЙСТВА
ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА
Ю. П. ГАЛИШНИКОВ, А. И. СКОРОСПЕШКИН
(Рекомендована семинаром кафедр электрических машин и общей
электротехники)
Как справедливо указано в [1], при расчетах коммутации МПТ «алгоритм расчета должен вытекать из определенной научной концепции, и достоверность его результатов определяется степенью соответствия этой концепции действительности».
Излагаемые ниже некоторые данные являются результатом уточненного расчета МПТ малой мощности с использованием частных естественных вольт-амперных характеристик электрощеточного контакта, полученных экспериментально при широком диапазоне изменения условий коммутации и представленных в виде аналитических выражений, которые описывают семейства частных кривых для анодно- и катодно-поляризованной щеток марки ЭГ-4Э.
Исходные предпосылки, а также способ записи дифференциальных уравнений коммутируемых секций рассмотрены в предыдущей статье по данному вопросу, публикуемой в настоящем сборнике.
Расчет производился методом итераций (расчетный шаг 1/100) для 4 расчетных интервалов, длительность каждого из которых пропорциональна коллекторному периоду с использованием ЭЦВМ — М-20.
В соответствии с тем, что при расчете использованы действительные характеристики щеточного контакта, анализ расчетных данных показывает их вполне удовлетворительную сходимость с результатами опытов.
Так, на рис. 1, а приведены кривые тока 3-й и 4-й секций паза при коммутировании их щеткой положительной полярности. Как расчетные (сплошные линии), так и опытные кривые примерно соответствуют середине зоны безыскровой работы МПТ. Как видим, кривые в достаточной степени сходны, особенно на первой трети периода коммутации. Некоторые различия в завершающей фазе коммутации обусловлены, по-видимому, несколько большими значениями коэффициентов взаимоиндукции между секциями паза, принятыми в расчете, в сравнении с их действительными величинами. Кроме того, определенную погрешность вносит принятое нами допущение о постоянстве э. д. е., наводимых в контуре секции от внешних магнитных полей в течение всего периода коммутации. В действительности же, как показывают наши исследования, имеет место влияние магнитного поля главных полюсов, которое, действуя встречно с полем дополнительного полюса, ведет к некоторому замедлению коммутации при ее завершении, что и обнаруживается достаточно отчетливо на опытной кривой коммутации 4-й секции паза.
Далее на рис. 1, б представлены кривые падения напряжения между щеткой и коллекторной пластиной, общей для 3-й и 4-й секций
Рис. 1. Анодно-поляризоваиная щетка: а) кривые тока коммутации, б) кривые контактного падения напря/кения.
паза. Сплошной линией здесь показана расчетная кривая, а штриховой—опытная. Расхождения между^ этими кривыми на большей их части весьма незначительны, причем опытная кривая имеет большую нерегулярность, чем расчетная, что связано, вероятно, с механическими условиями работы скользящего контакта, а также с некоторыми его физическими особенностями, которые трудно учесть при выбранном способе аппроксимации вольт-амперных характеристик.
Несколько большие расхождения обнаруживаются при завершении коммутации. Это вызвано, как мы говорили в отношении кривых тока влиянием магнитного поля главных полюсов.
Аналогично рассмотренному обстоит дело и при коммутации секций под катодно-поляризованной щеткой. Соответствующие кривые приведены на рис. 2, а, б.
Представляет интерес анализ влияния электрощеточного контакта на коммутацию. Мгновенные значения этого влияния определяются, как известно, выражением
(Цнб — исб),
(1)
где
инб — падение напряжения между щеткой и набегающей коллекторной пластиной, 11сб — падение напряжения между щеткой и сбегающей коллекторной пластиной.
Рис, 2. Ка т о д но-п о л я риза в а н на я щетка: а) кривые тока коммутации, >б) .кривые тонктакшого падения напряжения.
На рис. 3 приведены кривые, показывающие изменение мгновенных значений (Цнб—исб) Для к^ждой из 4 секций одного паза. Представленные кривые соответствуют кривым тока рис. 1 и 2. Поскольку,, как видим, в данном случае имеет место заметная перекоммутация,, разность падения напряжения (11нб — IIсб) направлена встречно по отношению к коммутирующей э. д. с. и действует на коммутацию замедляющим образом.
Секция /
Н
^0иг-и,)<й=0,56 41
С е к ц и я 2
Г(]1'К АМ =555?« ±£(аА -- 0.690«
Секция 3
I ¡У IV и,) л-- а«« {1^-ц.)си
0,4804
Секция 4
Рис. 3. Воздействие щеточного контакта на коммутацию
При рассмотрении кривых рис. 3 представляется целесообразным выразить воздействие щеточного контакта в виде его действующего значения
И
(Цнб —исб) -<и. (2)
При этом обнаруживаются следующие интересные особенности. Во-первых, при изменении направления тока в коллекторной пластине на противоположное (при значительной перекоммутации) в большинстве случаев не происходит резкого увеличения воздействия щеточного контакта на коммутацию. Лишь при коммутировании самостоятельной секции имеется возрастание этого воздействия не более чем в 2 раза. Так, например, для 4-й секции (рис. 3) в период собственно коммутации (анодная щетка)
Л Г*1 * ] (и,
и4) = 0,477 в, (з)
О
а после изменения направления тока в пластине
тк
I . т ^ (и, —и4) = 0,992 в, (4)
где и — момент изменения направления тока коллекторной пластины.
Аналогичное соотношение имеет место и для катодно-поляризован-ной "щетки.
Возрастание (Цнб—исб) при изменении направления тока пластины не настолько велико, так как, несмотря на изменение знака при исб, имеет место снижение ин,б из-за уменьшения плотности тока в контакте, и в результате увеличение (инб + исб) не столь значительно.
' Другая интересная особенность состоит в том, что с увеличением степени ускорения коммутации воздействие щеточного контакта как в лериод собственно коммутаци, так и после изменения направления то-кк в петушке значительно возрастает. Это известное обстоятельство ведет к тому, что середине зоны безыскровой работы, строго говоря, соответствует не оптимальная коммутация в определении [2], а более ускоренная коммутация в сравнении с ней.
В целом предложенная методика обеспечивает вполне удовлетво-ритёльную точность расчета коммутации и коммутационной устойчивости МПТ и подтверждает тем самым необходимость учета при аналитическом исследовании коммутации семейства частных естественных вол^т-амперных характеристик щеточного контакта.
ЛИТЕРАТУРА
1 Г. О. Г. В е г н е р. Расчет процесса коммутации и ширины безыскровой работы машин постоянного тока при помощи ЭЦВМ, ИВУЗ, Электромеханика, 1906, № 4.
2. М, Ф. К ар а с ев, В. Н. Ко з л о з. Оптимальная коммутация в машинах постоянного тока, Научи, труды ОмИИТа, т. 44, 1964.
