Некоторые результаты исследования характеристик и коммутации ЭМУ поперечного поля с гладким якорем

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

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.