Исследования коммутационной устойчивости коллекторных электрических машин на основе моделирования электрофизических свойств скользящего контакта

• Автор: Тарановский, Владимир Ростиславович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 223 с. : ил.

Глава 1. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ КОММУТАЦИИ И СКОЛЬЗЯЩИХ КОНТАКТОВ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
1.1. Теоретические и экспериментальные исследования коммутации машин постоянного тока и способы ее улучшения
1.2. Исследования электрофизических свойств скользящего контакта на установках и реальных машинах
1.3. Математические и физические модели коллекторно-щеточного узла
1.4. Выводы
Глава 2. НОВАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМОВ ТОКОПРОХОЖДЕНИЯ В
КОНТАКТНОМ СЛОЕ КОЛЛЕКТОРНЫХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ПРОТЕКАНИЯ
2.1. Краткое описание основных положений теории протекания
2.2. Модель механического контактирования щетка-коллектор
2.3. Механизмы токопрохождения локально однородных фаз контактного слоя
2.4. Механизмы токопрохождения сильно неоднородных фаз контактного слоя
2.5. Общая модель и схема замещения скользящего контакта коллекторных электрических машин
2.6. Выводы
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СКОЛЬЗЯЩЕГО КОНТАКТА
3.1. Установки и методы исследования скользящего контакта
3.2. Статические вольтамперные характеристики
3.3. Исследования динамических свойств скользящего контакта
3.4. Выводы
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
4.1. Математическая модель процесса коммутации машин постоянного тока
4.2. Геометрические особенности обмоток машин постоянного тока и автоматизация процесса построения математической модели коммутации на ЭВМ
4.3. Математическое моделирование процесса коммутации коллекторных электрических машин и выработка рекомендаций по повышению их коммутационной устойчивости
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЯ

В настоящее время в нашей стране большое внимание уделяется повышению уровня качества и надежности электромеханических систем, производимых промышленностью. Наряду с необходимостью повышения эффективности производства остро стоит проблема обеспечения требуемых эксплуатационных свойств производимых изделий уже на стадии их проектирования.
Одним из направлений современного электромашиностроения является разработка и производство машин постоянного тока (МПТ). Несмотря на присущие им недостатки, коллекторные МПТ обладают хорошими регулировочными свойствами как по якорю, так и по возбуждению и поэтому широко используются современной промышленностью. Можно утверждать, что в тех областях применения, где требуется регулирование частоты вращения и большая перегрузочная способность, трудно найти замену МПТ.
Главной проблемой, с которой приходится сталкиваться как разработчикам, так и производителям МПТ, является проблема обеспечения коммутационной устойчивости во всех режимах работы. С увеличением электромагнитных нагрузок, диапазона регулирования угловой скорости вращения решение проблемы коммутационной устойчивости МПТ становится все более затруднительным. Это связано прежде всего с тем, что процесс коммутации характеризуется большим числом взаимосвязанных факторов, многие из которых трудно поддаются математическому описанию. Поэтому до настоящего времени разработка МПТ с заданными коммутационными свойствами требует последующего экспериментального уточнения и настройки коммутационных параметров.
В настоящее время при разработке и проектировании МПТ расчеты коммутации осуществляются по инженерным методикам, учитывающим среднюю реактивную ЭДС. Материалы контактной пары выбираются на основании субъективной информации о коммутирущей способности щеток. В условиях ужесточения требований к повышению коммутационной устойчи-

большое количество частичек износа, местоположение которых хаотически изменяется при движении трущейся поверхности щетки относительно коллектора. Сказанное позволяет сделать вывод о том, что общая проводимость любого рассмотренного пути тока в контакте носит случайный характер. Во-вторых, сечение участков тока для проводимости по местам непосредственного соприкосновения и материалам износа достаточно мало /71/, что приводит к большим плотностям тока через них ~106 А/мм2 и постоянному их разрушению. Кроме того, в отдельных макрообластях контактного слоя вследствие механических причин эти участки могут и не образоваться. Следовательно, указанные механизмы токопрохождения при одних условиях работы скользящего контакта могут давать вклад в общую проводимость, при других же нет. Проводимости за счет электронов и через полупроводниковую пленку существенно зависят от длины участка протекания тока, а так как вследствие неровностей контактирующих поверхностей длина таких участков в различных местах контактного слоя изменяется в широких пределах, то и вклад указанных механизмов в общую проводимость будет различным. Кроме того, указанные механизмы токопрохождения могут иметь место только при величине напряженности поля на участке, больше некоторого значения. А так как величины напряженностей обратно пропорциональны длинам участков и прямо пропорциональны приложенному напряжению к этому участку, то в зависимости от условий работы контакта и местоположения макрообласти механизмы токопрохождения за счет электронов и через пленку могут иметь место, а могут и не иметь. Сказанное позволяет сделать вывод о том, что все рассмотренные механизмы обладают свойством критичности, заключающемся в возможности существования того или иного типа проводимости в зависимости от условий работы скользящего контакта и расположения той его макрообласти, электрические свойства которой моделируются.