Ansari, Junaid

Mähönen, Petri Heikki

Zhang, Xi

Галишников, Ю. П.

Скороспешкин, Алексей Иванович

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Т ом  1 7 2  1 9 6 7И З В Е С Т И ЯТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВАЮ . П. Г А Л И Ш Н И К О В , А . И. С К О Р О С П Е Ш К И НК РАСЧЕТУ КОММУТАЦИИ И КОММУТАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ЭВМ(Р е к о м е н д о в а н а  сем и н а р о м  к а ф ед р  эл ек т р и ч еск и х  м аш и н  и об щ ейэлектротехники )Основная цель расчета коммутации МПТ состоит, как известно, в нахождении реактивной э.ід.с., согласно которой определяются пара­метры дополнительных полюсов. Однако не менее важной задачей яв­ляется расчет коммутационной устойчивости машины на стадии ее проектирования. Значение подобного расчета трудно переоценить, осо­бенно при проектировании высоко-использованных машин. Тем не менее предложенные к настоящему времени методы уточненного расчета не нашли широкого практического применения прежде всего по той причи­не, что принятые посылки о поведении щеточного контакта при коммута­ции не имеют достаточно глубокого физического обоснования и, как следствие, ведут к значительным расхождениям между расчетными и опытными данными.Одна из первых попыток практического применения ЭВМ для расче­та коммутации МПТ изложена в работе Альджера и Бьюли [1]. В качест­ве основного критерия для оценки качества коммутации здесь принята величина межламельного напряжения, что само по себе представляется правильным. Однако расчет этого- напряжения производится при допу­щении постоянства контактного сопротивления. Последнее противоречит результатам экспериментального исследования характеристик скользя­щего контакта и, в частности, данным, изложенным авторами в преды­дущей статье настоящего сборника.Известна также работа [2], посвященная принципам моделирования процесса коммутации МПТ на аналоговой машине. При моделировании и ап ол ь з ов a н a ста т и ч е ск a я в о л ьт- a міп e р н а я х ар а ктеристика щ еточ но го контакта, хотя, как отмечалось в [4], подобная характеристика описывает скользящий контакт лишь при равномерном распределении тока по ли­цевой поверхности щетки, что имеет место только при прямолинейной коммутации, тогда как на практике подавляющее большинство машин постоянного тока работает в режиме перекоммутации.Наконец, одной из самых последних по времени ее появления являет­ся работа О. Г. Вегнера [3]. Расчет зоны безыскровой работы приводится здесь на базе основного допущения автора AUm =  const. Следует отме­тить, что удобство и наглядность принятого автором огіособа аппрокси­мации динамических характеристик скользящего контакта отнюдь не компенсируют вероятную погрешность расчетов, поскольку в расчет вводится, по существу, частная вольт-амперная характеристика.Обычным в практике расчетов и моделирования коммутации на ЭВМ является использование некоторой вольт-амперной характеристики,151получаемой путем усреднения характеристик анодно- и катодно-поляри­зованной щеток, что далеко не справедливо. В самом деле, анализ экспе­риментального материала для щеток ЭГ-4Э показывает, что расхожде­ние между напряжениями, соответствующими анодной и катодной щеткам, достигает относительных значений 1,5 и выше.Ясно, таким образом, что усреднение характеристик, а также ис­пользование статических или полученных в произвольных токовых условиях динамических вольт-амперных характеристик, резко снижает точность проводимых расчетов. Потенциальные возможности ЭВМ в этом отношении остаются нереализованными, а сами расчеты не могут пре­тендовать на точное количественное решение. С другой стороны, некото­рое усложнение расчета при использовании истинных характеристик контакта, обусловленное сложностью самого исследуемого процесса, не являетоя непреодолимым препятствием при современном уровне вычис­лительной техники.Предлагаемый в настоящей статье способ расчета комімутации и коммутационной устойчивости МПТ базируется на использовании семей­ства частных естественных вольт-амперных характеристик щеточного контакта, полученных экспериментально при широком изменении усло­вий формирования контакта и соответствующим образом обработанных. Более подробно эти характеристики рассмотрены © предыдущей статье. Расчетный вариант выражения обобщенной вольт-амперной характери­стики выглядит следующим образом:где Ci и C2 — постоянные коэффициенты,jo — плотность тока в контакте «в начале контактирования,jtK — плотность тока через мксек ,после начала контактирования,Ik — коллекторный период.Соответствующие графики дляприведены на рис. 1. Коэффициент m в выражении (1) для анодно- и катодно-поляризованной щеток равен соответственно 0,3 и 0,4.( иU0 - C 1- C 2 jV jt*1 K(2)035 -*•о.гсі -t кi 0.3 0,6 0.9 12 1.5Ряс. 1‘. Зависимость U0= U 0 для щеток ЭГ-4Э152В качестве примера рассмотрим составление дифференциальных уравнений коммутируемых секций для 2-полюсного двигателя постоян­ного тока небольшой мощности. Обмотка якоря — ,простая петлевая с диаметральным шагом. В одном реальном пазу — 4 элементарных. Число одновременно перекрываемых щеткой пластин 8.В табл. 1 приведены токи секций, коммутируемых одновременно анодной и катодной щетками.Т а б л и ц а  1Щетка Слой паза 0 - t K tK—2tK 2tK 3tx Co I 4tK 5tK 5tK—6tK+ нижний і і i l  i 2 U b  's І2 із i4 i , i 4 I4верхний I / І /  W i /  h ' i» і /  і /  І / І / І / i /— нижний і / 1/  h ' 1/  UІ/ i /  I»' i / І /  I / i /верхний i l i l  i l ii b  І3 І2ІЗІ4 ІЗ i4 i /Индексы 1, 2, 3, 4 относятся к секциям, коммутируемым анодной щеткой.Индексы I 1, 21, 3 \ 41 относятся к секциям, коммутируемым катодной щеткой.Система дифференциальных уравнений контуров, коммутируемых щетками обеих полярностей за период от 0 до бік, имеет вид:L 4т- +  Mhh  ^ d1'2 ' disd i 2H tdisd td t+  Md t  +  dt d tHH+  Mdi*dtHH/ d i ,V d tdi'id t+  Mbh^ki (t) — Rcii — AU2 +AUi- d i 4++  L l  +^  dt ^ dt +  MBH dt +eK2 (t) — Rci2'—AU3+(AU2.+  4 ^  +  4 4 i +  mdt d t BH dt+  M— Скз(Ц — R e i 3 —  AU4+A U 3. di,H H( 1 h\  d t2 +  ü.,d tMBH dt— Ck4 (t) — Rci4 — AU5 +JAU4.d i /L W  +  Mhhd i 2 dia+ +  M1 di,d t  ' d t  )  1 J' ‘BH (  d td i / d i / Y edt+dtd i / d i / d i /d t+dt +  ~dtd i / d i / d i / 'd t + dtq i /+d i / ' \d t dt  ,Hd i 2 I d i , \d t■ +dt -) -(3)d i /H F +  MlK/ ( t ) - R c i / - A U /  +  AU/ d i i  d i s  d i 4 ) , w  I (Ji1BH (nF + + ~T~ I + Mbh■j + ^ bh ( _1_ _1_ d t  1 d t  /  ' ' ‘BH l d t  +  d t+  +  -¾ -)  — e K/ ( t ) — R c - i /  - A U /  + A U /s' , m (  d i^ , d iF : +  Мнн V dt  +  ~ d Td i /dtdii , di2Ж  +  +153+  i t +  f t )  =е«3'(і) Rc ■І9' ~ л и / +  л и /d i /  ( d i /dt 1 dtdi2 . di* . di4Al. “ Г  J i  “T "  J idt 1 dt 1 dteK;  Ct) — Re -R4 - A U /  + A U /Для в1 сыпной обмотки без большой погрешности можно принять L1 =  L2 =  L3 =  L4 =  Lv =  L2' =  L3' =  L4' =  L Коэффициент Mihh харак­теризует взаимоиндуктивную связь между секциями, стороны которых расположены в одинаковых слоях паза. В данном случае опытное зна­чение Mhh =  0,7—0,8L. Для секций, стороны которых лежат в разных слоях паза (секции, коммутируемые щетками разной полярности), Mhh =  0,3—0,4L. При циклическом методе расчета система уравнений (3) мюжет быть легко сведена к 6 уравнениям с соответствующим количе­ством неизвестных величин.Как известно, коммутация машины в целом определяется поведе­нием самостоятельно коммутируемых секций якоря. Согласно определе­нию [6], самостоятельными называют секции, заканчивающие коммути­ровать в отсутствие короткозамкнутых контуров, имеющих с первыми тесную магнитную связь. Для простой петлевой обмотки с диаметраль­ным шагом самостоятельной является каждая последняя секция паза, поскольку ее магнитная связь с замкнутыми накоротко в этот период времени секциями соседнего паза весьма слаба. Самостоятельно ком­мутируемые секции якоря весьма критичны к величине и распределению поля дополнительного полюса. Таким образом, для определения ком­мутационной устойчивости машины необходимо и достаточно оценить поведение каждой четвертой секции паза. ;В соответствии с этим в качестве критерия для оценки качества ком­мутации авторами принято падение напряжения между щеткой и кол­лекторной пластиной, выходящей из состояния контакта со щеткой при разрыве последней секции паза. В уравнениях (3) эта велич,на для анод­ной и катодной щеток обозначена как AU4 и AU4'. *Анализ осциллограмм контактного падения напряжения показывает, что искрению 1 1/4 — 1 1/2 балла соответствует напряжение под сбега­ющей частью щетки, равное примерно 4 в. Аналогичное значение напря­жения искрения, ікак слабой формы дуги, приводится в работе [5], посвя­щенной экспериментальному исследованию искрения и дугообразования в коллекторных машинах. Таким образом, контактное напряжение 4 в может с достаточным основанием характеризовать границы зоны безы­скровой работы машины. Условием оптимальной ком/мутации в этом случае является равенство нулю потенциала (относительно щетки) кол­лекторной пластины, связанной с последней секцией паза и выходящей из состояния контакта со щеткой в момент завершения коммутации этой секции.Резюмируя, следует отметить, что в данной работе предлагается новый способ уточненного расчета коммутации и коммутационной устой­чивости МПТ, основанной на использовании естественных вольт-ампер- ных характеристик щеточного контакта, полученных экспериментально для широкого диапазона изменения условий коммутации и представлен­ных в виде аналитических выражений, которые описывают семейства частных кривых для анодно- и катодно-поляризованной щеток по раздельности.154ЛИТЕРАТУРА1. I. A l g e r ,  D. B e w  I e v . А н а л и з  к ом м у т а ц и и  м аш и н  п ост о я н н о го  т ок а , P o w e r  A p p ar . and S y s t .,  3 1 ,  1 9 5 7 .2 . В. М. С и н  е л ь н и  ік о в, А . Г. Н а з и к я н ,  В.  В.  К л е й м е н о в ,  В.  И.  Ч е р н я в с к и й .  П р и м ен ен и е  сч ет н ы х  м аш и н  н еп р ер ы в н ого  д ей ст в и я  д л я  и с с л е ­дов ан и я  к о м м ут ац и и  м аш и н  п ост о я н н о го  тока. И зв ест и я  в у зо в , « Э л е к т р о м е х а ­н и к а » , 1 9 6 0 ,  №  і10.3 . О. Г. В е ,г н  е  р. Р а с ч е т  п р о ц е с с а  к о м м у т а ц и и  и ш ирин ы  о б л а ст и  б е зы с к р о ­вой работы  м аш и н  п о ст о я н н о го  ток а  при п ом ощ и  Э Ц В М . И зв ест и я  в у зо в , « Э л е к ­т р о м ех а н и к а » , 1 9 6 6 ,  4 .4 . Ю . П. Г а л и ш  н  и к о в, А . И. С к о р о с п е ш к и н .  К  в о п р о с у  о  н е с т а ­би л ь н ости  д и н а м и ч еск и х  в ол ь т-ам п ер н ы х ха р а к т ер и ст и к  с к о л ь зя щ ег о  к он так та  уго л ь н а я  щ е т к а — к о л л ек т о р . И зв ест и я  Т П И , том  4 6 0 ,  1 9 6 7 .5 . В . S w i n n e r  t o n ,  М.  T u r n e r ,  I. T h o m p s o n .  Д у г о о б р а зо в а н и е  в п е р е ­х о д н о м  с л о е  м е ж д у  гр аф и том ' и м ед ь ю , C onf. C om m ut. R otat. M ach ., L ondon , 1 9 6 4 .6 . L. D r e y f u s .  К о м м у т а ц и я  к р уп н ы х м аш и н  п о ст о я н н о го  т ок а . Т ео р и я  к ом ­м у т ац и он н ы х н а р у ш ен и й , A c ta  P o ly te c h n ic a , 1 9 5 4 ./

К расчету коммутации и коммутационной устойчивости машин постоянного тока на ЭВМ

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

RWTH Publications