Введение
1 Анализ коммутационной проблемы в машинах постоянного тока и существующих способов ее решения 8
1.1 Сущность процесса коммутации 8
1.2 Теоретический аспект коммутационного процесса 9
1.2.1 Классическая теория коммутации 9
1.2.2 Основные положения теории О. Г. Вегнера 16
1.2.3 Теория оптимальной коммутации 18
1.3 Критерий оптимальности условий коммутации 22
1.4 Неидентичность коммутационного процесса как основа проблемы настройки машин постоянного тока 23
1.5 Передача тока через скользящий контакт 28
1.5.1 Физические особенности скользящего токосъема 28
1.5.2 Влияние щеточного контакта на снижение степени неидентичности коммутационного процесса 30
1.5.3 Подверженность вольтамперных характеристик скользящего контакта воздействию различных факторов 31
1.6 Пути настройки коммутации. Применение составных щеток 35
1.7 Выводы 40
2 Теоретическое исследование коммутационного процесса в машине постоянного тока с катящимся токосъемом 42
2.1 Критический анализ существующих конструкций катящегося токосъема 42
2.2 Предложение нового конструктивного решения токосъемного устройства с использованием катящегося контакта 45
2.2.1 Прототип токосъемного устройства для машин постоянного тока с использованием контакта качения 46
2.2.2 Описание нового технического решения токосъемного устройства для машин постоянного тока с использованием контакта качения 47
2.3 Особенности катящегося токосъема 49
2.4 Требования к вольтамперной характеристике «щетки» при катящемся токосъеме 50
2.5 Аппроксимация вольтамперной характеристики «щетки» 51
2.6 Математическое моделирование основных закономерностей коммутационного процесса в машине постоянного тока с катящимся токосъемом 53
2.6.1 Допущения, принятые в математической модели на первом этапе исследований 54
2.6.2 Модель движения коллектора и роликовых контактов 54
2.6.3 Схема замещения коммутируемого контура 56
2.6.4 Сопротивление контактов «щетка»-ролики в функции времени 58
2.6.5 Решение уравнения коммутации 59
2.7 Влияние различных факторов на форму кривой тока и величину тока разрыва сбегающего края «щетки» 61
2.8 Выводы 65
3 Математическая модель коммутационного процесса, учитывающая конструктивные особенности нового токосъемного устройства 66
3.1 Применение в новом токосъемном устройстве составной «щетки» 66
3.2 Определение необходимых конструктивных параметров нового токосъемного устройства, обеспечивающих
его работоспособность 61
3.3 Математическая модель коммутационного процесса с учетом конструктивных параметров токосъемного устройства 73
3.3.1 Переход к относительным величинам 73
3.3.2 Учет траекторий движения центров роликов и поверхности коллектора 75
3.3.3 Геометрическое преобразование системы взаимодействующих между собой элементов конструкции токосъемного устройства и задание их нумерации 76
3.3.4 Введение системы координат 80
3.3.5 Логическая функция наличия катящегося контакта между «щеткой» и коллекторной пластиной 83
3.3.6 Функция сопротивления контакта «щетки» с ламелью 84
3.3.7 Система уравнений процесса коммутации 85
3.4 Анализ уточненной математической модели 87
3.5 Конструктивные и функциональные преимущества применения катящегося токосъема в машине постоянного тока 89
3.6 Выводы 90
4 Макет токосъемного устройства 91
4.1 Предварительная обработка коллектора 92
4.2 Учет оптимальных соотношений в макете токосъемного устройства 93
4.2.1 Проверка роликов на нагрев 93
4.2.2 Выбор количества роликов и составных элементов «щетки» 98
4.3 Выбор сопротивлений составных элементов «щеток». Математическое моделирование коммутационного процесса для выбранных параметров токосъемного устройства 100
4.4 Разработка элементов конструкции токосъемного устройства 106
4.5 Установка «щеток» на геометрической нейтрали 114
4.6 Экспериментальная установка 114
4.7 Испытания макетного образца токосъемного устройства 117
4.8 Дальнейшие направления исследований катящегося токосъема 119
4.9 Выводы 123
Заключение 124
Список использованных источников
