Коммутация в машинах постоянного тока

При вращении якоря секции обмотки переходят из одной ветви в другую, причем во время такого перехода секция замыкается накоротко щеткой и в ней про­исходит изменение направления тока от значения до значения . Совокуп­ность явлений, связанных с переходом секций из одной параллельной ветви в другую, называется коммутацией. Секция 2 простой петлевой обмотки изображена в начальный момент коммутации (рис. 10.9 а), в процессе коммута­ции (рис. 10.9 б) и после коммутации (рис. 10.9 в). В коммутируемой секции наводятся ЭДС самоиндукции и ЭДС вращения .

Рассмотрим основные закономерности процесса коммутации с учетом некоторых допущений.

Если сумма ЭДС в коммутируемой секции равна нулю (), а сопротивление контура коммутации секции равно сопротив­лениям щеточного контакта между коллекторными пластинами и щеткой, которые обратно пропорциональны контактным площадям, в секции протекает только основной ток коммутации и отсутствует добавочный ток.

Рис. 10.9

Зависимость тока от времени линейна (рис. 10.10, пря­мая 1)

Рис. 10.10

, (10.11)

где – период коммутации.

Такая коммутация называется прямолинейной и характеризуется не­изменной плотностью тока под всей щеткой.

При добавочный ток коммута­ции суммируется с основным током и комму­тация будет замедленной (рис. 10.10, кривая 2). Изменение тока в начале коммутации происходит медленно и ускоря­ется к концу. Плотность тока под сбегающим краем щетки становится больше, чем под набегающим, и в конце коммутации появляется искрение. При добавоч­ный ток коммутации имеет обратный знак и коммутация становится уско­ренной (рис. 10.10, кривая 3), когда искрение может появиться под набегающим краем щетки.

Основным способом улучшения коммутации является создание коммути­рующего потока с помощью дополнительных полюсов, которые устанавливают между главными полюсами. Их МДС должна быть направлена против МДС по­перечной реакции якоря, чтобы скомпенсировать ее и создать коммутирующее поле для компенсации ЭДС самоиндукции. Так как МДС реакции якоря и ЭДС самоиндукции пропорциональны току якоря, то и МДС дополнительных полю­сов должна быть пропорциональна току якоря. Поэтому обмотку дополнитель­ных полюсов соединяют последовательно с якорем, а сами полюсы выполняют ненасыщенными. Полярность дополнительных полюсов должна совпадать с по­лярностью главных полюсов по направлению вращения якоря в режиме двига­теля и предшествовать им – в режиме генератора.

Для улучшения коммутации устраняют механические причины искрения, увеличивают сопротивление цепи коммутации, уменьшают реактивную ЭДС и др.