замедленное изменение тока, т. е. замедленную коммутацию (рис. 5.10). При замедленной коммутации увеличивается плотность тока под сбегающим краем и уменьшается под набегающим краем щетки. Увеличение плотности тока под сбегающим краем щетки является причиной искрения, которое особенно интенсивно г в момент размыкания щеткой сек-

ции обмотки Чрезмерная плотность тока при наличии разности потенциалов между щеткой и коллектором приводит к возникновению ду-гового разряда, который ионизирует тончайшие слои воздуха, находящегося между щеткой и коллектором, и интенсифицирует разряд Дуга Рис. 5 Ш Изменение тока ком- может перейти к щетке другой по-мутируемой секции при замедлен- лярности, развив круговой огонь на ной коммутации коллекторе, что вызовет его повре-

Искрение щеток может быть вызвано также рядом других причин, как-то: неровной поверхностью коллектора, вибрацией щеток, загрязнением поверхности коллектора и др.

Даже незначительное искрение щеток является нежелательным, так как увеличивает износ щегок и коллектора и повышает нагрев последнего за счет увеличения переходного сопротивления между щеткой и коллектором

Для улучшения коммутации необходимо уменьшить ток короткого замыкания, что можно обеспечить увеличением сопротивления короткозамкнутой цепи, уменьшением ЭДС самоиндукции es и взаимоиндукции ем и созданием в коммутируемой секции такой ЭДС от внешнего поля еу, которая компенсирует ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, т. е еу =-{es+ем)-

Для увеличения переходного сопротивления применяют графитовые, угольные и слоистые щетки ЭДС самоиндукции уменьшают неглубокими открытыми пазами

Более целесообразно не конструктивное уменьшение ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции, а их компенсация. Для этого в зоне коммутации, в которой находятся активные стороны коммутируемых секций, необходимо создать такое внешнее магнитное поле, при котором индуктируемая в секции ЭДС вращения еу компенсировала бы ЭДС самоиндукции es и взаимоиндукции е™, еу-es-ем Для создания внешнего магнитного поля в зоне коммутации применяют дополнительные полюсы, которые устанавливают в нейтральной зоне

В настоящее время почти все машины постоянного тока изготавливаются с дополнительными полюсами, так как при их наличии можно увеличить токовые нагрузки, т. е. уменьшить как массу, так и стоимость машины

Обмотка возбуждения дополнительных полюсов соединяется последовательно с обмоткой якоря для того, чтобы ЭДС самоии-

дукции и взаимоиндукция были компенсированы при любой нагрузке машины. Для этого же магнитная система дополнительных полюсов не насыщена (магнитная индукция в сердечнике дополнительного полюса Вк=0,6-0,8 Г), что возможно при создании сравнительно больших воздушных промежутков между сердечником якоря и дополнительным полюсом. Реактивная ЗДС (ег=еа+ {-ем) пропорциональна току в якоре. При ненасыщенной магнитной цепи дополнительных полюсов и при последовательном соединении их обмоток с обмоткой якоря ЭДС вращения будет также пропорциональна току в якоре, т. е. компенсация ЭДС {ev=-е^) будет происходить при любой нагрузке машины.

Полярность дополнительного полюса в генераторе должна соответствовать полярности следующего за ним в направлении вращения якоря главного полюса. В двигателе полярность дополнительного полюса должна соответствовать полярности предыдущего по направлению вращения якоря главного полюса. Число витков обмотки дополнительных полюсов выбирается таким, чтобы ее НС имела некоторый избыток по сравнению с НС поперечной реакции якоря для создания коммутирующего магнитного поля.

Внешнее магнитное поле в зоне коммутации может быть создано смещением щеток с геометрической нейтрали. Однако такой способ улучшения коммутации практически не применяется, так как при изменениях нагрузки машины нужно менять и положение щеток на коллекторе.

5.6. ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

При вращении якоря машины постоянного тока в магнитном поле полюсов в проводниках его обмотки будет индуцирована ЭДС (рис. 5.11), направление которой определяется правилом правой руки. Для вращения якоря попользуется какой-либо первичный двигатель, развивающий вращающий момент Ми Если якорь вращается с числом оборотов в минуту п, то в его обмотке индуцируется ЭДС Е - СпФ.

Если обмотку якоря через щетки замкнуть на какой-либо приемник энергии (сопротивление нагрузки), то через этот приемник и обмотку якоря будет протекать ток 1а, который в обмотке якоря по направлению совпадает с ЭДС. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем полюсов будет создан электромагнитный момент М-(. направление которого оиределяется правилом левой руки. Таким образом, развиваемый машиной электромагнитный момент является тормозным, направленным встречно направлению вращения якоря машины, так что для вращения последнего первичный двигатель должен развивать вращающий момент Mi, достаточный

4-311 97

Рис. 5.1il. Генератор постоянного тока

для преодоления электромагнитного торхмозного момента, -следовательно, машина потребляет механическую зчерг1::о.

Если моменты равны, т. е. Mi = M, скорость вращения якорл машины постоянна. При нарушении равновесия моментов число оборотов якоря начнет изменяться. Если почему-либо момент первичного двигателя уменьшается, т. е. становится меньше электромагнитного момента генератора (Mi<:M), то число оборотов якоря машины также уменьшается. При этом будет уменьшаться как ЭДС, так и ток в обмотке якоря, что уменьшит тормозной электромагнитный момент генератора. При увеличении момента первичного двигателя (Mi>M,) число оборотов якоря, а также ЭДС и ток в ею обмотке будут увеличиваться, что вызывает увеличение тормозного электромагнитного момента. ,

При нарушении равновесия моментов число оборотов якоря ЭДС и ток в его обмотке претерпевают изменения до восстановления равновесия моментов, т. е. пока электромагнитный момент генератора не станет равным вращающему моменту первичного двигателя.

Таким образом, любое изменение момента первичного двигателя, т. е, потребляемой генератором мощности, вызывает соответствующее изменение как электромагнитного момента генератора, так и вырабатываемой им мощности. При изменениях нагрузки генератора также потребуется соответствующее изменение момента первичного двигателя для поддержания постоянства числа оборотов якоря генератора.

Ток обмотки якоря 1а, протскающий при нагрузке генератора, встречает на своем пути сопротивление внешней нагрузки Гн, сопротивление обмотки якоря Гоб и сопротивление переходных контактов мел^ду щетками и коллектором Гщ. Обозначим через / а внутреннее сопротивление машины, представляющее собой сумму сопротивлений обмотки якоря и щеточных контактов (гоб + Гщ), тогда гок в якоре

1а = Е/{г, + Г,). (5.3)

Сопротивление Гщ непостоянно и зависит от величины и направления тока, состояния коллектора, силы нажатия щеток на коллектор, скорости вращения. Падение напряжения в щеточных контактах остается примерно неизменным при изменениях нагрузки (принимается равным двум вольтам на пару угольных и графит-цых щеток). Поэтому в выражении (5.3) внутреннее сопротивление машины также не является величиной постоянной при изменении нагрузки генератора.

Так как 1аГя=и, где U - напряжение на зажимах нагруженного генератора, то из (5.3) получим следующее уравнение равновесия ЭДС для генератора:

и = Е-1аГа. (5.4)

Из уравнения равновесия ЭДС легко получить уравнение мощностей, т. е. и[а = Е1а-1аГа ИЛИ P2=Pi-Po6, гдб Рг полбзная