THE EFFECT OF THE MANUFACTURING TOLERANCES OF THE PARTS OF THE MAGNETIC CIRCUIT OF THE ADDITIONAL ADVANTAGES TO THE DEGREE OF SPARKING TRACTION MOTORS

УДК 62-83 В. М. БЕЗРУЧЕНКО, А. В. ШАПОВАЛОВ, Е. О. ЗАПИШНИЙ (ДІІТ) ВПЛИВ ДОПУСКІВ НА ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ МАГНІТНОЇ ЛАНКИ ДОДАТКОВИХ ПОЛЮСІВ НА СТЕПІНЬ ІСКРІННЯ ТЯГОВИХ ДВИГУНІВ Розглянуто який вплив роблять допуски на виготовлення магнітного ланцюга додаткових полюсів на ступінь іскріння тягових двигунів. Показано вплив зміни повітряного зазору під додатковими полюсами на визначення області безіскрової роботи та правильне налагодження цієї області. Рассмотрено какое влияние оказывают допуски на изготовление магнитной цепи добавочных полюсов на степень искрения тяговых двигателей. Показано влияние изменения воздушного зазора под добавочными полюсами на определение области безыскровой работы и правильную настройку этой области. What influence render the tolerances on fabrication magnetic chain additional pole on degree of the sparkling the tractive engines are considered. The influence of the change the air clearance under additional pole on determination of the area of withoutsparks work and correct adjustment of this area are shown. Під комутацією колекторної машини постійного струму мають на увазі весь комплекс явищ, що виникають у контакті щітка-колектор. Робота цього вузла неминуче супроводжується іскрінням, що залежно від різних причин може бути більш-менш інтенсивним. Із всіх відомих причин, що впливають на іскріння під щіткою [1], тут ми приділимо увагу лише електромагнітним причинам, які викликають іскріння в результаті розриву додаткового поперечного струму комутації. Цей струм iдод виникає в короткозамкненій комутуючій секції під дією небалансової ЕРС ∆e , що представляє собою залишкову величину після взаємодії реактивної ер й комутаційної ЕРС. Остання вноситься в контур комутуючої секції додатковими полюсами, причому завжди прагнуть виконати умову ек = −ер . У цьому випадку, теоретично, комутація може бути безискровою, тобто мати ступінь іскріння рівну 1 за ДСТ 183-74. Оскільки комутаційна ЕРС є ЕРС обертання, то відповідно до закону Фарадея вона пропорційна індукції в зоні комутації Вк , що, у свою чергу, визначається станом магнітного ланцюга додаткових полюсів. Таким чином, будь-які відхилення від розрахункових у розмірах ділянок магнітного ланцюга додаткових полюсів, викликані наявністю технологічних допусків, тобто відхилення від розрахункового значення величини ек ~ Вк , неминуче спричинять виникнення ∆e , iдод і, як наслідок, іскріння. Додатковий поперечний струм комутації iдод = (ер − ек ) + k p ⋅ ер rщ + rс , (1) де rщ – опір контакту щітка-колектор; rс – опір секції. Коефіцієнт k p = 0,18 згідно [2] оцінює некомпенсовану частину ЕРС. Опір rщ залежить від спадання напруги ∆U у двох перехідних шарах, що, у свою чергу, визначається щільністю струму в щітковому контакті і у широкому робочому діапазоні щільностей може бути в першому наближенні прийнятий рівним 2 В. [2]. Щіткове перекриття в сучасних тягових двигунів також у першому наближенні для подальших міркувань може бути прийняте γ ≈ 4,5 . У цьому випадку, згідно [2], величина rщ буде дорівнювати: rщ = ∆U 9 ⋅γ = , Iщ Iщ (2) де I щ – струм одного щіткотримача. Далі, згідно [2],[3], варто визначити індуктивність комутуючої секціїм Lc ; при цьому необхідно знати повне значення провідності шляхів потоку розсіювання секції λ . Велика кількість виконаних розрахунків, перевірених на тягових двигунах, показало, що величина λ ≈ 3,6 . Тоді в першому наближенні Lc = π 2 −6 2 −6 λ ⋅ l я ⋅ wc ⋅ 10 = 9 ⋅ l я ⋅ wc ⋅ 10 , µo (3) 151 де l я – довжина пакета заліза якоря, м; wc – число витків у секції. Для судження про допустимість тієї або іншої величини небалансової ЕРС А. Б. Йоффе запропонував критерій у вигляді фактора іскріння. ⎛ 0,4 ⎞ ⎟⎟ Фи = ⎜⎜ ⎝ Dk ⎠ 1, 5 2 Lc ⋅ iдод ⋅ v k 2t k ⋅ Lщ ⋅ 10 2 , (4) де Dk – діаметр колектора, м; Lщ – довжина щіток одного щіткотримача, м; vk – окружна швидкість колектора, м/с; t k – колекторний розподіл, м. Розглянемо вплив зміни величини повітряного зазору на комутуючий магнітний потік, що визначає якість комутації для конкретного тягового двигуна. Розрахунковий розмір повітряного зазору між додатковим полюсом та якорем становить 5 мм. Креслярський розмір допускає відхилення по зборці та висоті сердечника додаткового полюса рівним ± 0,15 мм. Допуск на розточення остова під полюсами становить ± 0,2 мм, креслярський допуск на висоту зубців якоря ± 0,07 мм. Крім того, можлива відмінність у розмірах діелектричних прокладок в «другому» повітряному зазорі між додатковим полюсом і станиною, а також їхнє нещільне прилягання друг до друга й до станини. Кожна діелектрична прокладка має креслярський допуск ± 0,15 мм, а у випадку застосування двох прокладок повітряний зазор під додатковим полюсом δ Д може змінитися на ± 0,3 мм. З огляду на ці фактори повітряний зазор може змінитися на ± 0,72 мм. Магнітна індукція в зоні комутації дорівнює: Фk Вk = , (5) l я ⋅ bδД де Фk – магнітна потік у зоні комутації, Вб; bδД – розрахункова дуга наконечника додаткового полюса, м; bδÄ = bД + 2δ Д , (6) де δ Д – повітряний зазор під, м; bД – ширина наконечника додаткового полюса, м. Відповідно до методики, що викладена в [5], визначимо на скільки зміниться величина магнітного потоку в комутаційній зоні при зміні величини повітряного зазору. 152 Використовуючи вищевикладене одержимо при δ Д1 = 5,72 мм bδÄ1 = 0,012 + 2 ⋅ δ Д1 ⋅ 10 Ф ⋅ 0,94 ⋅ 10 l я ⋅ bδÄ1 Bк1 = −3 = 0,0234 м, −3 = 0,084 Тл. Множник 2l я ⋅ wc ⋅ v я у виразі для визначення ек не змінюється і дорівнює 22,13. У такий спосіб eк1 = Bк1 ⋅ 22,13 = 1,8 В, (2,1 − 1,8) + k р ⋅ 2,1 iдод1 = rщ + rс = 12,7 A, при δ Д2 = 4,28 мм bδÄ 2 = 0,012 + 2 ⋅ δ Д2 ⋅ 10 Bк2 = Ф ⋅ 1,06 ⋅ 10 l я ⋅ bδÄ 2 −3 = 0,021 м, −3 = 0,108 Тл, eк 2 = Bк 2 ⋅ 22,13 = 2,39 В, iдод 2 = (2,1 − 2,39) + k р ⋅ 2,1 rщ + rс = 1,57 A. Оскільки для даного випадку всі величини у формулі (4), крім iдод , не залежать від зміни параметрів додаткових полюсів, то незалежний множник дорівнює: ⎛ 0,4 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ Dк ⎠ 1, 5 Lс ⋅ vк 2t к ⋅ Lщ ⋅ 10 −3 2 = 1,68 ⋅ 10 , тоді фактор іскріння Фи = 1,68 ⋅ 10 −3 2 ⋅ i дод , при δ Д 1 = 5,72 мм −3 2 Фи = 1,68 ⋅ 10 ⋅ iдод1 = 0,14 . З характеристики, наведеної в [2], знаходимо ступінь іскріння, що дорівнює 1 1 При 2 δ Д 2 = 4,28 мм Фи = 1,68 ⋅ 10 −3 2 −2 ⋅ iдод 2 = 1,5 ⋅ 10 , де ступінь іскріння дорівнює 1. Оскільки при номінальному струмі якоря приймається ек = −ер , то через вплив допусків для номінального навантаження ступінь іскріння 1 збільшитися й буде дорівнює 1 . Зі збільшен2 ням навантаження ∆e зростає і ступінь іскріння буде істотно перевищувати припустимі норми. Досвід експлуатації тягових електричних машин постійного струму показав, що при сту1 пені іскріння більше 1 можливе виникнення 2 спалаху від провідних містків між суміжними ламелями. Спалах потім може перерости в коловий вогонь. Ступінь іскріння також залежить від правильного визначення зони безискрової роботи. Вона, у свою чергу, залежить від значення небалансової ЕРС, що може змінитися в міру зміни повітряного зазору. Отже, використову (...truncated)