Идентичность коммутационных циклов на основе опытов Л. Л. Лавриновича
Л. Л. Лавринович [Л. 2-3] изучал искрение щеток реальных машин путем осциллографирования импульсов напряжения в сбегающей и набегающей частях щетки посредством вспомогательной щетки. Осциллограф, которым он пользовался, имел ждущую развертку, на которую подавались сигналы от специального устройства, что позволяло изменять время развертки при переходе к осциллографированию от одной коллекторной пластины к другой. Вот как описывает Л. Л. Лавринович результаты этих опытов: «Например, у электродвигателя 5 000 кВт, имеющего по две секции в пазу, при степени искрения около 1,5 баллов наблюдалось искрение у 3—5% секций якоря, первыми в пазах заканчивающих коммутацию, и около 90—95% —последними. В результате исследования нескольких машин было замечено, что состояние коммутации у секций, находящихся в электрическом отношении в одинаковых условиях (например, последними оканчивающими коммутацию), бывает несколько различным. Особенно это проявляется при слабом искрении. Исследовалось несколько машин, у которых при искрении в 1,25 балла из-за плохого состояния коллектора коммутировало с искрением всего лишь несколько секций».
С подобным заключением относительно неравномерности в распределении искрения по коллектору вполне можно согласиться, так как оно полностью увязывается с отмеченными выше несоответствиями форм кривых тока и э. д. с. отдельных коммутационных циклов между собой.
Падение напряжения в контакте, согласно опытам Хантер-Брауна и Хьюса
Выше было отмечено, что основной причиной различных очертаний кривых тока и э. д. с. в отдельных коммутационных циклах являются факторы механической природы, связанные с вибрациями щеток и микроструктурой щеток и коллектора. В качестве доказательства этого положения можно привести кривые, полученные Хантер- Брауном и Хьюсом [Л. 2-4], которые достаточно хорошо подтверждают высказанное здесь мнение относительно неидентичности коммутационных циклов коллекторных машин.
Упомянутые авторы провели опыт следующим образом: возбуждение машины было отключено, и к якорю через регулируемое сопротивление была приключена аккумуляторная батарея, а следовательно, при вращении машины неидентичные пульсации напряжения в щеточном контакте при данных условиях могли возникнуть лишь вследствие неодинакового контактирования щеток с различными коллекторными пластинами. Падение напряжения в контакте записывалось посредством шлейфового осциллографа.
Рис. 2-4. Кривая падения напряжения в контакте между щеткой и коллектором, полученная Гунтер-Брауном и Хьюсом.
На рис. 2-4 приведена одна из осциллограмм, снятая указанными выше исследователями, из которой видно, что падение напряжения в контакте за один оборот коллектора изменяется в очень большой степени, причем и другие осциллограммы опыта в не меньшей степени характеризуют эту неравномерность. Однако при каждом обороте коллектора такая картина распределения падения напряжения по всему коллектору достаточно стабильна, т. е. при повторных опытах осциллограф записывает кривую, мало чем отличающуюся от предшествовавшей.
Следует заметить, что при рассмотрении осциллограмм, характеризующих искрение коллектора, мы наблюдаем подобную же картину, т. е. искрение по коллектору неодинаково, но изменяется во времени очень медленно, а поэтому достаточно хорошо наблюдается на экране электронного осциллографа. Это еще лишний раз подтверждает, что неидентичность коммутационных циклов в коллекторных машинах в большой степени связана с факторами механической природы, обусловливающими работу скользящего контакта между щеткой и коллектором.
Пульсации тока в различных частях контакта согласно опытам К. И. Шенфера
Для изучения пульсаций токов в различных частях Щетки К. И. Шенфер [Л. 2-1] провел опыты, сущность которых показана на рис. 2-5. Здесь сбегающая и набегающая части щетки охватываются магнитопроводами А и В, на которых расположены катушки С и D, включенные к шлейфам осциллографа. При работе машины пульсации тока в щетке обусловят соответствующие пульсации токов и в шлейфах осциллографа.
Вполне понятно, что пульсации токов при искрении щеток будут характеризоваться весьма большими скоростями изменения токов в моменты завершения коммутационных процессов, которые в известной мере будут сглаживаться магнитопроводами А и В, а кроме того, некоторое искажение этих пульсаций здесь будет иметь место из-за инерции шлейфов осциллографа. Однако в том случае, когда требуется проследить не истинный характер этих пульсаций, а лишь степень однообразия пульсаций токов в контакте по всему коллектору, снятые по этой схеме осциллограммы вполне пригодны для анализа.
На рис. 2-5,а приведены осциллограммы пульсаций токов для набегающей I и сбегающей II частей щетки при нагрузочном токе 10 а, а на рис. 2-5,б при токе 30 а. Из рассмотрения этих осциллограмм можно сделать вывод о весьма большой неравномерности распределения пульсаций токов по коллектору. Пульсации токов на ряде пластин в 6—7 раз превосходят пульсации на других пластинах коллектора. Вполне понятно, что неравномерность пульсаций токов в сбегающей и набегающей частях щетки полностью согласуются и с неодинаковыми формами кривых тока и э. д. с. отдельных коммутационных циклов, что в данном случае определяется главным образом несовершенством контакта в механическом отношении.
Далее на рис. 2-5,в и г показаны подобного рода осциллограммы для несколько других условий работы контакта. Осциллограммы на рис. 2-5,в сняты при токе нагрузки 30 а и при правильном положении щеточной траверсы, а на рис. 2-5,г — при смещении ее на три коллекторных деления. Смещение щеточной траверсы, естественно, усилило искрение чисто коммутационное, которое, как известно, обладает значительно большей стабильностью в сравнении с искрением механической природы, что и подтверждают осциллограммы (рис. 2-5,г).
Рис. 2-5. Схема и осциллограмма К. И. Шенфера опытных исследований пульсаций токов в сбегающей и набегающей частях щеточного контакта.
Наконец, на рис. 2-5,д и е приведены осциллограммы, снятые при различных окружных скоростях коллектора. На основе этих осциллограмм можно заключить, что степень вибраций щеток не всегда увеличивается при возрастании окружной скорости коллектора, так как на осциллограммах (рис. 2-5,д), снятых при скорости коллектора 2 м/сек, пульсации несколько большие, чем на осциллограммах на рис. 2-5,е, которые снимались при νκ=37 м/сек. Здесь очень большую роль играют резонансные явления, которые могут более значительно проявляться и при пониженной скорости вращения коллектора.
В данной главе рассмотрены различные явления импульсного характера в контурах коммутируемых секций машин постоянного тока с точки зрения степени их идентичности по всему коллектору. С этой целью были проанализированы кривые тока и э. д. с. коммутируемых секций, контактный слой между щеткой и коллектором и, наконец, различные части щетки, составляющие общий контур для коммутационного процесса.
На основе приведенных в этом разделе различных осциллограмм можно сделать следующие выводы:
- Неидентичность коммутационных циклов по всему коллектору является следствием большого количества факторов, к числу которых относятся: вибрации щеток, несимметрия электрических и магнитных цепей машины, различные условия взаимоиндукции между отдельными секциями якорной обмотки и, наконец, неоднородность микрорельефа коллектора.
- Наиболее сильно неидентичность коммутационных циклов обусловливают факторы механической природы.
- Неидентичность коммутационных циклов электромагнитной природы характеризуется значительно большей стабильностью и большей степенью равномерности распределения по коллектору. Так, если повышенное искрение обусловливают секции, которые последними в пазах заканчивают коммутацию, то более резко выраженные пики напряжения, соответствующие этим секциям, будут равномерно распределяться по всему коллектору, и эта картина искрения будет сравнительно мало изменяться с течением времени.
- Искрение механической природы не только неравномерно по всему коллектору, но сравнительно быстро изменяется во времени, даже при стационарной нагрузке.
