- •Южно-Уральский государственный университет
- •Тема 1. Основные определения и законы
- •Электрический ток, электрическое напряжение, эдс, электрическое сопротивление, законы Ома и Джоуля-Ленца
- •Электрические цепи и их классификации
- •Вопросы к теме
- •Тема 2. Электрические цепи постоянного тока
- •2.1. Общие положения
- •2.2.Расчет сложной цепи постоянного тока
- •2.3.Последовательное и параллельное соединение сопротивлений
- •2.4.Электрическая энергия и работа. Мощность электрической цепи, баланс мощностей
- •2.5. Нелинейные цепи
- •Вопросы к теме
- •Тема 3. Однофазные электрические цепи синусоидального тока.
- •3.1. Синусоидальные ток, напряжение, эдс
- •3.2. Среднее и действующее значение переменного тока.
- •3.3.Векторные диаграммы.
- •3.4. Цепи с последовательным соединением элементов r l c.
- •3.5. Параллельное соединение, резонанс токов
- •3.5. Общий случай расчета
- •3.6. Мощность в цепи гармонического тока
- •3.7. Трехфазные линейные электрические цепи синусоидального тока
- •3.7.1 Трехфазный источник электрической энергии
- •3.7.2 Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом
- •3.7.3 Соединение приемника по схеме «треугольник»
- •3.7. 4 Мощность трехфазной цепи
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 4. Магнитное поле. Магнитные цепи
- •4.2. Свойства ферромагнитных материалов. Гистерезис
- •4.3. Две задачи расчета неразветвленных магнитных цепей с постоянными мдс
- •4.4. Катушка с ферромагнитным сердечником при гармонической намагничивающей силе
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 5. Электрические машины переменного тока
- •5.1. Электрические трансформаторы
- •5.1.1. Общие сведения
- •5.1.2. Принцип действия электрического трансформатора
- •5.1.3 Работа электрического трансформатора в режиме холостого хода
- •5.1.4 Опыт короткого замыкания
- •5.1.5 Мощность потерь в трансформаторе, к.П.Д.
- •5.1.6. Автотрансформатор
- •5.2 Общие сведения об электрических машинах
- •5.2.1. Синхронная машина переменного тока
- •5.2.2. Асинхронный двигатель
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 6. Машины постоянного тока
- •6.1 Общие понятия об устройстве машин постоянного тока и принципе их действия
- •6.2 Эдс обмотки якоря и электромагнитный момент
- •6.3.Реакция якоря машины постоянного тока
- •6.4. Искрообразование под щеткой
- •6.3. Классификация машин постоянного тока
- •6.4 Электрические двигатели постоянного тока
- •Из основного уравнения двигателя
- •6.5 Способы регулирования скорости двигателя постоянного тока
- •6.6 Пуск электродвигателей постоянного тока
- •Контрольные вопросы к теме
6.4. Искрообразование под щеткой
Искрообразование под щетками на коллекторе ведет к быстрому разрушению коллектора, т. к. электрическая искра обладает весьма высокой температурой и способна разрушать самые твердые металлы и сплавы. По этой причине необходимым условием долговечности МПТ является отсутствие искрения под щетками.
Причины искрообразования могут быть механическими и электрическими. Механическая причина искрения — это ухудшение контакта между коллектором и щетками, что может быть следствием неровности коллектора, дрожания щеток, эллиптичностью и биением коллектора, неровностью его поверхности, вибрацией щеткодержателей и т.д. Электрической причиной является неудовлетворительная коммутация – совокупность физических процессов, сопровождающих закорачивание секции при движении щетки по коллектору.
Рис.63
Если в данный момент времени в одной из параллельных ветвей ток течет по катушкам от начала к концу, то в другой – от конца к началу (рис. 63). Поскольку катушки вращаются с ротором, они по очереди переходят из одной параллельной ветви в другую. Направление тока в катушке меняется при этом на противоположное; изменение направления тока происходит в тот момент, когда катушка оказывается замкнутой накоротко через щетки. Процесс перехода катушки, замкнутой накоротко щетками, из одной параллельной ветви обмотки якоря в другую, сопровождающийся изменением направления тока в катушке, называется коммутацией.
Внешним проявлением неудовлетворительного протекания процесса коммутации служит искрение в скользящем контакте коллектор – щетки. Если искрение превосходит допустимые пределы (при плохой коммутации), то происходит ускоренный износ коллектора и щеток, снижается надежность машины. При определенных условиях искрение может привести к образованию электрической дуги на коллекторе и его разрушению. Искрение создает радиопомехи и ограничивает применение машин во взрывоопасных условиях.
Коммутация катушки происходит в течение времени перехода щетки с одной коллекторной пластины на другую; направление тока катушки меняется при этом на противоположное (катушка ас, рис. 64,а, б, в). В течение отрезка времени, называемого периодом коммутации , катушка замкнута щетками накоротко (рис.64 б) и по ней протекает ток . Если бы в коммутирующей катушке не наводились ЭДС, то под набегающим краем щетки ток возрастал бы по линейному закону от 0 до 2i, а под сбегающим – убывал по линейному закону от 2i до 0. Следовательно, замыкание коммутирующей катушки под набегающим краем ветки и размыкание под сбегающим происходили бы без тока. Такая линейная коммутация является оптимальным вариантом коммутации, обеспечивающим при правильном выборе средней плотности тока под щетками отсутствие искрения в скользящем контакте.
Рис.64
В реальных машинах при вращении якоря ток в коммутирующей катушке изменяется с большой скоростью, и в катушке наводится ЭДС самоиндукции el. Поток поперечной реакции якоря наводит в катушке, коммутирующей на геометрической нейтрали, ЭДС вращения . При вщ> вп одновременно коммутируют несколько катушек, и в них наводятся ЭДС взаимоиндукции eм. Суммарная ЭДС коммутирующей катушки eK= eL+ eM+ eBP создает в катушке добавочный ток, и коммутация становится нелинейной. Нелинейная коммутация сопровождается искрением, причем увеличение плотности тока под одной частью щетки и уменьшение – под другой увеличивает уровень искрения.
Уменьшить искрение можно путем создания условий, при которых коммутация будет линейной. Один из основных способов – использование дополнительных полюсов, создающих магнитный поток в зоне геометрической нейтрали. Индукцию этого поля выбирают таким образом, чтобы не только скомпенсировать поток якоря на геометрической нейтрали и уничтожить eBP в коммутирующей катушке, но создать поле, необходимое для компенсации eL+ eM. Чтобы значение и направление индукции под дополнительными полюсами автоматически приходили в соответствие со значением и направлением тока якоря, вызывающего реакцию якоря, обмотку дополнительных полюсов включают последовательно с якорем.