Problemy komutacyjne w silnikach prądu stałego pracujących przy osłabionym polu wzbudzenia

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria! ELEKTRYKA z. 82

1982 Nar kol. 723

Tadeusz GLINKA

Instytut Maszyn 1 Urządzeń Elektrycznyoh Politechniki śląskiej

Karol KŁAPCIŃSKI

Branżowy OBR Maszyn Elektrycznych w Katowioaoh

PROBLEMY KOMUTACYJNE V SILNIKACH PRĄDU STAŁEGO PRACUJĄCYCH PRZY OSŁABIONYM POLU WZBUDZENIA

Streszozenie. W silnikach prądu stałego pracujących przy prędko- śoiaoh obrotowyob większych od znamionowyoh uzyskiwanych przez osła­

bione pole wzbudzenia występują problemy związane z przyspieszeniem komutacji. Przedstawiono przyczyny powstawania komutacji przyspie­

szonej'! propozycje układu korygująoego przepływ biegunów pomocni­

czych i zapewniająoego komutację beziskrową.

W silnikaoh prądu stałego praoująoyoh przy prędkościaoh obrotowych wię­

kszych od znamionowyoh, uzyskiwanych przez osłabienie pola wzbudzenia,wy­

stępują problemy związane z przyspieszeniem komutacji. Zjawisko to z Jed­

nej strony stanowi zagrożenie dla iskrzenia szozotek, a z drugiej strony przepływ zezwojów komutujących przy komutaoji przyspieszonej powoduje od- wzbudzenie siłnika, oo zagraża stabilnośoi charakterystyki mechanicznej silnika (silnik rozbiega si^. Czynniki te determinują dopuszozałny zakres odwzbudzania siłnika [iJ.

Rys. 1. Schemat zastępozy zezwojn komutuJąoego

90

Lk

Tt~

L^; - indukoyjność i rezystancja zezwoju komutacyjnego ATJ (j ); AU-lj«. ) - spadek napięcia na nabiegającej i zbiegająoej

D 1S Z f i ¿ S Z

krawędzi szczotki^

e - napięcie rotacji indukowane w zezwoju komutują­

cym.

Jeżeli założyć, że przy znamionowej prędkość i obrotowej silnika, przebieg prądu w zezwoju komutującym raa charakter w przybliżeniu liniowy,to z teo­

rii komutacji wynika, że jest spełniony warunek równości wartości średnich napięć

1

* k -0

f

zr

t ; f*r

gdzie:

- ozas komutaoji.

Natomiast przy odwzbudzaniu silnika, jak wiadomo z praktyki,komutacja sta­

je się przyspieszona, a więc warunek (2) przeohodzi w nierówność

T,_ T.

1

J

— I

VJUv ar*“ ' d t- (3)

k k

Zmiana równośoi (2) w nierówność (3) Jest spowodowana:

- zmianą nasycenia Jarzma afcojana i wirnika przy odwzbudzoniu silnika, 00 powoduje wzrost permeanoji dla obwodu magnetycznego biegunów pomocni­

czych, daje to przy niezmienionym prądzie twornika wzrost strumień iii biegunów pomocniczych (rys. 2), a tym samym wzrost napięcia rotacji er, - zależnością indukoyjnośći zezwojów komutujących od ozęstotliwośol (cza­

su komutacji Tfc) rys. 3. Czas komutaoji zmniejsza się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wirnika, 00 powoduje zmniejszenie się również induk- oyjnośoi zezwojów komutująoyoh

- •

Z rys. 2. wynika, że zmniejszenie prądu wzbudzenia z wartości I^jj do ^,5 1^., przy prądzie twornika X s const, powoduje około 2$ wzrost strumie­

nia biegunów komutacyjnych. V tyra samym stopniu wzrasta napięcie rotaoji indukowane w zezwoju komutującym. Indukoyjność zezwojów komutująoyoh r

przy wzroście ozęstotliwośoi ze 100 Hz do 200 Hz zmniejsza się około

Problenry kom utaoyjne w 3 » nlKaoh. .

21

Rys. 2. Zależność strumienia biegunów komutacyjnych od prądu wzbudze­

nia I przy stałym prądzie twornika pomierzona na silniku typu PZMOb 5*łb 5 , 5 kW; 220 V; .28,6 A; 1500 * 3.500 obr/min.j Uwij= 220 V; !„„= 0,665 A

Rys. 3. Zależność indukoyJnośoi zezwojów komutujących -dd częstotliwości pomierzona na silniku o danyoh takich Jak na rys. 2

52

¥ tym samym stopniu zmniejsza się napięcie sawoindukcji (L^ “ T‘* wyni­

ku tego, przy dwukrotnym wzroście prędkośoi obrotowej, statyczny obszar konutaoji beziskrowej przesuwa się około 3fs w kierunku ujemnyoh wartoźoi prądu (rys. 4). Zatem przy zwiększonej prędkości obrotowej wirnika- dla uzyskania komutaoji liniowej - należy osłabić przepływ biegunów pomoc­

niczych o wartość około 3;i. Osłabienia takiego nożna dokonywać, boczniku­

jąc uzwojenie biegunów' pomocniczych rezystancją o regulowanej wartości w funkcji prędkości obrotowej lub w funkcji prądu wzbudzenia.

Rys. k. Statyczne obszary komutaoji beziskrowrej silnika prądu stałego o da.

nyeb takich jak na rys. 2. Linie ciągłe ograniczają obszar komutaoji bez­

iskrowe j przy znamionowej prędkości obrotowej 1 5 0 0 obr/min, linie przery­

wane przy prędkości obrotowej 3000 obr/min, linie punktowe przy prędkości obrotowej 3000 obr/min i przy pracującym układzie korekoyjnym prądu w uz­

wojeniu biegunów' poraocniozyoh

Z kilku możliwych rozwiązań rezystancji o regulowanej wartości najprotszy jest układ tranzystorowy o oiągłej regulacji prądu [2]. Sohemat ideowy u- kładu pokazuje rys, 5 . Układ p o w y ż s z y nie daje pułsaoji prądu w uzwojenia biegunów pomooniozych, a tym samym nie wpływa w sposób niekorzystny B8 ko­

mutację. Wielkością zadaną jest sygnał prędkośoi obrotowej z tachogeaera- tora TG podawany poprzez układ nieliniowy K na wzmacniacz operacyjny W, Na ten sam wzmacniacz operacyjny W podawany Jest również sygnał sprzę­

żenia zwrotnego proporcjonalny Ser prądu.; A l wzięty z bocznika pomiarowego R1q. Różnica napięcia z tachogeneratora T G i bocznika pomiarowego jest

Problemy komutacyjne w allnikaoh,.

2 1

podawana^ poprzez wzmacniacz operacyjny ¥ i wtórnik emiterowy T 1t na tran­

zystor wykonawczy Tg. Tranzystor T, pełni funkcję elementu dopasowująoego iapedaneję wzmaoniaoza ¥ i tranzystora wykonawczego Tg. Możliwe Jest rów­

nie* sterowanie pracą układu sygnałem proporcjonalnym do napięcia na za­

ciskach uzwojenia wzbudzenia silnika lub sygnałem proporcjonalnym do prą­

du wzbudzenia.

Ha rys. *ł liniami przerywanymi naniesiono obszary komutaoji beziskro- wej silnika przy załączonym układzie korekcyjnym. Z przedstawionych wykr»- sów widać, t o układ koryguje w sposób poprawny położenie obszarów komuta­

oji beziskrowej, oo zapewnia beziskrową pracę silnika w dużym przedziale odwzbudzenia.

Rys. 5. Schemat układu do korekcji prądu w uzwojeniu biegunów pomooniozyoh przy prędkośoi obrotowej silnika powyżej znamionowej

LITERATURA

fil Zerwie 6.K.: Przemysłowe badania oasztn elektrycznych. PWT, Warszawa 1 9 5 1» .

[ł] Glinka T . , Hąoek A., Kureozek P . , Kiapoióski K.: Układ do korekoji przepływu biegunów pomooniozyoh w maszynach prądu ¿tałego. Zgłoszenie patentowe nr P 13567**.

Recenzent: doo. dr inż. Jerzy Hiokiewioz

Wpłynęło do redakcji 5.IV. 1982 r.

T . G l i n k a , K . K la p c li i s k i

KOaayTAUHOHHHE BOUPOCÜ B ÆBHTATEJiaX IlCCTOHHHOrO IOKA, BABOIAiagmC HPH mEHUEKHH TOKA B03EySfiEHHH

ï e 3 x>

h

B ^ B H r a T e a s x n o c x o a H H o r o t o r s , p a6o T a B n a x n p n c x o p o c T a x s p a n e m « B a e H O M i i H a j i b H ü x , n o j i y ^ a e M b t x c n o c o G o w y u e H b n e H H f î x o x a B 0 3 S y s m e H H a t B U C T y n a j o r b o - n p o c t i C B k3a H H i i e c y c K o p e H H e M K O M M y i a m m . I I p e A C i a B A e H U n p m j H H H b o3h h k h o b g h m y o K o p e H H O f i K O K M y i a i B i H h n p e f l x a r a e i c a C H C T e n a K o p p e K T H p y i o q a a n p o i e K a r a e ï o k s b o ô M O T x e f l o S a B o a H H x n o j i i o c o B h o S e c n e a H B a s f f i i a a 6 e3K C K p o E y K > K O M M y T a u œ o .

THE COMMUTATIONAL PROBLEMS IN D.C. MOTORS OPERATING AT THE ATTENUATED INDUCED FIELD

S u m m a r y

Thera are some problems with acceleration of commutation. In D.C. mo­

tors operating at rotational speed exoeeding the rated speed9 obtained by the attenuated induoed field. The reasons for appearance of aooelerated commutation are discussed. A proposal of a oirouit oorreoting the interpo­

le ampere - turns and ensuring the sparkless commutation is desoribed.