СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОММУТАЦИИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА SPARK 60-100 (САР КОММУТАЦИИ)
Коммутацией называют совокупность явлений, связанных с изменением тока в проводниках обмотки якоря при переходе секций из одной параллельной ветви в другую при замыкании этих секций щетками.
Ток в коммутируемой секции описывается как сумма тока прямолинейной коммутации и добавочного тока коммутации. При замедленной коммутации в начале процесса коммутации производная тока мала, а под конец процесса максимальна, что приводит к искрению под сбегающим краем щетки. При ускоренной коммутации в конце процесса плотность и производная тока под сбегающим краем мала, поэтому выход секции из-под щетки проходит в благоприятных условиях с минимальным искрением. На практике стараются создать слегка ускоренную коммутацию. Однако чрезмерно ускоренная коммутация приводит к искрению под набегающим краем щетки.
Специалистами ООО НПП "Центр Электромеханической Диагностики" был произведен комплекс работ по выявлению причин повышенного искрения коллектора генератора Г2 ГПА 1-ой клети стана 1050.
По результатам работ сделан вывод, что причина повышенного искрения коллектора может быть связана с конструктивными особенностями генератора - недостаточной или чрезмерной намагничивающей силой добавочных полюсов. После этого были проведены исследования по определению области безыскровой работы генератора, согласно результатам которых сделаны выводы о необходимости коррекции области безыскровой работы, что позволит расширить диапазон нагрузок генератора до номинальных значений без появления искрения.
Для коррекции области безыскровой работы генератора была разработана система автоматического регулирования процесса коммутации (САР коммутации) SPARK. Система состоит из дополнительной обмотки и системы управления. Внешний вид и структура системы управления приведены на рисунке 1.1. Дополнительная обмотка наматывается на добавочные полюса. Система управления анализирует режим работы генератора и создает в дополнительной обмотке соответствующий ток, способствующий снижению реактивной ЭДС и, соответственно, степени искрения.
Рисунок 1.1а. Внешний вид системы управления САР коммутации SPARK
Для анализа эффективности работы системы была проведена видеосъемка одного из бракетов щеточного аппарата. При съемке отображались ток якоря и ток дополнительной обмотки. На рисунках изображены стоп-кадры видеосъемки бракета при выключенной (рисунок 1.2) и включенной (рисунок 1.3) САР коммутации при одном и том же токе якоря.
Ток якоря, при котором делались стоп-кадры, соответствует приблизительно 4 кА (номинальный ток генератора). Как видно на рис. 1.2, искрение при номинальном токе наблюдается по всей длине бракета. При включенной САР коммутации (рис. 1.3) искрение наблюдается при том же токе лишь под двумя щетками. Это искрение обусловлено механическими причинами в щеткодержателе, устранить которые на момент съемки не представлялось возможным.
Рисунок 1.2. Искрение под щетками при выключенной САР коммутации
Рисунок 1.3. Искрение под щетками при включенной САР коммутации
При токах выше номинального искрение по всей длине бракета подавить не удается, но степень искрения существенно ниже. Об этом можно судить по таблице 1.1, где приведены данные о степени искрения в зависимости от нагрузки.
Таблица 1.1. Зависимость степени искрения от нагрузки
| Iя Степень | 1 кА | 2 кА | 3 кА | 4 кА | 5 кА | 6 кА | 7 кА | 8 кА |
| САР откл. | 1 | 1 | 2 | 2 | 2,5 | 3 | 3 | 3 |
| САР вкл. | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2,5 | 2,5 | 3 |
Выводы
1. В ходе исследовательских работ на генераторе Г2 работниками ООО НПП «Центр Электромеханической Диагностики» совместно с работниками ОАО «Днепроспецсталь» была установлена причина повышенного искрения машины - некорректная работа добавочных полюсов. Сотрудниками ООО НПП «ЦЭД» были проведены эксперименты по определению области безыскровой работы генератора, и на основании данных экспериментов была разработана система автоматического регулирования процесса коммутации САР коммутации SPARK, которая позволила скорректировать влияние добавочных полюсов.
2. Визуальное наблюдение за работой генератора при включенной и отключенной САР коммутации и анализ видеосъемки показали, что система SPARK позволила устранить причины искрения, связанные с недостаточной намагничивающей силой добавочных полюсов. Остаточное искрение под отдельными щетками при токах меньше номинального вызвано механическими причинами (зависание щеток, недостаточное или чрезмерное усилие прижимной пружины и т.д.).
3. Положительным экономическим эффектом от внедрения САР коммутации SPARK является увеличение периода между мероприятиями по профилактике коллектора (следовательно, снижение его износа от шлифовки), а также возможность работы генератора Г2 с более высокими нагрузками без опасности возникновения кругового огня.
4. Улучшение коммутации генератора Г2 дает возможность в полной мере использовать ресурсы электропривода и эксплуатировать двигатель Д2 во второй зоне.
