Ввиду сложности коммутационного процесса теоретический анализ коммутации основывается на ряде допущений и упрощений. Поэтому расчет коммутации при проектировании машин является приближенным и большое значение имеют экспериментальные методы исследования коммутации. В частности, окончательная настройка коммутации опытных образцов серийных машин и машин индивидуального производства осуществляется после их экспериментального исследования.
Рассмотрим наиболее распространенные экспериментальные методы проверки коммутации.
Метод подпитки добавочных полюсов
На рисунке 1 показана схема электрических соединений для выполнения опыта. Здесь Я1 – якорь испытуемой машины, ОВ1 – ее обмотка возбуждения и ДП – обмотка добавочных полюсов; Я2 – якорь вспомогательного генератора, служащего для подпитки добавочных полюсов, ОВ2 – его обмотка возбуждения, Р – реостат для регулирования тока возбуждения и П – переключатель для изменения полярности вспомогательного генератора.
 |
| Рисунок 1. Схема для снятия кривых подпитки добавочных полюсов |
При испытании машины ее якорь и обмотка добавочных полюсов нагружаются током Iа, а с помощью вспомогательного генератора через обмотку ДП пропускается добавочный ток ("ток подпитки") ±ΔI, в результате чего через обмотку добавочных полюсов проходит ток Iа ±ΔI. При этом снимаются так называемые кривые подпитки, представляющие собой зависимости +ΔI = f(Iа) и –ΔI = f(Iа) при определенной степени искрения (1, 1¼ или 1½) на щетках.
Снятие кривых можно начинать с холостого хода (Iа = 0). В этом случае также er = 0. Подпитывая полюсы сначала в одном, а затем в другом направлении, устанавливаем при Iа = 0 значения токов +ΔI и –ΔI, вызывающие определенную степень искрения. Причиной искрения при этом является ток в короткозамкнутой секции, который вызывается неуравновешенной коммутирующей э. д. с. eк, индуктируемой в короткозамкнутых секциях добавочными полюсами. В правильно спроектированной и хорошо изготовленной машине при установке щеток на линии геометрической нейтрали токи +ΔI и –ΔI при Iа = 0 приблизительно равны.
Затем в якоре Я1 устанавливаем некоторый ток Iа и снова определяем токи +ΔI и –ΔI, доводящие искрение на щетках до заданной степени, и так далее.
При увеличении Iа условия коммутации ухудшаются и соответствующие значения ±ΔI уменьшаются. В правильно спроектированной машине при правильном действии добавочных полюсов кривые подпитки сходятся в некоторой точке оси абсцисс (рисунок 2, а). Если действие добавочных полюсов слабое, то средняя линия кривых подпитки откланяется вверх (штриховая линия на рисунке 2, б), так как наилучшие условия коммутации при этом достигаются при усилении действия добавочных полюсов, то есть при положительных токах подпитки. При слишком сильном действии добавочных полюсов средняя линия кривых подпитки откланяется вниз (рисунок 2, в).
Кривые подпитки позволяют установить необходимую степень усиления или ослабления действия добавочных полюсов.
В машинах малой и средней мощности, когда число витков добавочных полюсов wд достаточно велико, действие последних можно регулировать изменением wд на величину ±Δwд, которая определяется по ΔIср и Iа для определенной точки средней линии кривых подпитки (рисунок 2, б, в):
В крупных машинах wд мало и Δwд может составить дробную величину, округление которой приводит к большой погрешности.
 |
| Рисунок 2. Кривые подпитки добавочных полюсов |
Поэтому в данном случае изменяют воздушный зазор добавочного полюса.
Если добавочные полюсы в условиях опыта насыщаются, то кривые подпитки искривляются и изгибаются вверх (рисунок 2, г). Поэтому кривые подпитки позволяют также оценить правильность расчета добавочных полюсов в отношении их насыщения.
Зону между кривыми подпитки называют безыскровой зоной или зоной темной коммутации. В буквальном смысле слова это верно, когда кривые снимаются для степени искрения 1. Однако иногда машины при номинальном токе имеют большую степень искрения, и тогда снимать кривые подпитки при степени 1 не имеет смысла.
Кривые подпитки надо снимать при хорошем состоянии поверхности коллектора и зеркала щеток, после приработки щеток к коллектору в течение нескольких часов работы под нагрузкой. Во избежание разброса точек кривых необходимо наблюдать за искрением какой-нибудь одной щетки. Весь опыт в целом требует определенных навыков и сноровки.
Метод подпитки предложен В. Т. Касьяновым.
Снятие потенциальных кривых
производится путем измерения с помощью вольтметра падения напряжения ΔUщ между щеткой и коллектором по дуге последнего, перекрываемой щеткой (рисунок 3).
 |
| Рисунок 3. Потенциальные кривые щетки |
Вольтметр присоединяется к коллектору с помощью узкой вспомогательной щетки, передвигаемой по коллектору. Вид потенциальных кривых зависит от характера коммутации (рисунок 3) и поэтому позволяет делать заключения качественного характера, в частности оценивать действие добавочных полюсов. Однако прямые количественной оценки при этом методе невозможны.
Снятие импульсных напряжений на сбегающем краю щетки
Если коммутация замедлена и при размыкании короткозамкнутого контура коммутируемой секции сбегающим краем щетки разрывается определенный ток, то у края щетки возникают искровые разряды и дуги, которые при слабом развитии во время внешнего осмотра могут быть незаметными. Однако при этом возникают импульсные напряжения до нескольких десятков вольт, которые могут быть измерены электронным вольтметром по схеме рисунка 3. Показания вольтметра зависят от степени искрения, видимого или невидимого. В связи с этим некоторые авторы рекомендуют производить настройку добавочных полюсов на минимум подобных импульсных напряжений у сбегающего края щетки.
В заключение отметим, что основные вопросы коммутации были рассмотрены выше упрощено и весьма кратко. Сложность коммутационного процесса и большое практическое значение улучшения коммутации постоянно привлекают внимание многих исследователей к этой проблеме.
Источник: Вольдек А.И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.