Главная > Схемотехника > Общая электротехника с основами электроники
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

4-9. Коммутация тока

В § 4-4 было показано, что для получения постоянной по направлению и почти постоянной по величине э. д. с. Е конструируется обмотка якоря, состоящая из 2 а 4, бит. д. параллельных ветвей, секции которых непрерывно одна за другой переключаются из одной ветви в другую. Механическим переключателем секций служит коллектор и щётки Процесс переключения секций, поочередно переходящих из одной параллельной ветви в другую, и совокупность явлений, происходящих при этом, - называется коммутацией. Переключаемая секция замкнута щеткой накоротко и находится в это время вблизи от геометрической нейтрали. Электродвижущая сила, наводимая в секции внешним полем полюсов, почти равна нулю. Время Т, в течение которого совершается переключение и секция замкнута накоротко, составляет тысячные доли секунды и называется периодом коммутации. Рассмотрим очень упрощенно процесс коммутации.

Подлежащая рассмотрению секция (рис. 4-10), лежащая в пазах 6 и 3, показана отдельно на рис. 4-14. Предположим, что обмотка вращается очень медленно (), ширина щетки равна ширине коллекторной пластины и в расчет принимается сопротивление только переходного слоя между щеткой и коллекторной пластиной. Тогда ток от щетки переходит в коллекторную пластину 1 и делится два равных тока . На рис. 4-14 показано, что в секции, включенной в параллельную ветвь, идущую влево, проходит ток в направлении, обратном движению стрелки часов.

В следующий момент времени, когда коллекторная пластина 6 коснется щетки, ток будет делиться по иному. Если, например, через промежуток времени щетка касается одной десятой своей контактной поверхности пластины 6, то через эту пластину проходит ток а через пластину 1 — ток Токи в параллельных ветвях по-прежнему должны быть неизменны и равны если .

Рис. 4-14. Начало коммутации

Рис. 4-15. Коммутация при .

Тогда, имея прежнее направление, ток секции а ток другой параллельной ветви Секция в рассмотренный момент времени показана на рис. 4-15.

Если рассмотреть положение в момент, когда , то окажется, что ток секции а токи в параллельных ветвях по-прежнему . В дальнейшем ток секции начнет нарастать в обратном направлении и при он будет равен . Секция переключена в другую параллельную ветвь, и коммутация закончена (рис. 4-16). Зависимость изменения тока от времени t показана на рис. 4-17 и представляет собой прямую линию. Коммутация в этом случае называется прямолинейной и ее всегда стремятся получить такой при конструировании машины.

Однако практически время коммутации Т ничтожно, ток секции быстро меняется, и в ней наводится э. д. с. самоиндукции

Зависимость прямая линия, т. е. . Следовательно, — постоянная величина, а добавочный ток в секции, ею вызванный,

где — сопротивления переходного слоя между щеткой и соответствующей коллекторной пластиной. Вычисляя для различных значений t величину можно найти ток

Рис. 4-16. Конец коммутации (t = Т)

Рис. 4-17. График изменения тока в коммутируемой секции при естественных условиях.

Величина для например, равна а для она равна бесконечности. Зависимость тока от времени t показана на рис. 4-17, б. Суммарный ток представлен на рис. 4-17, а пунктирной кривой, по которой можно видеть, что при наличии суммарный ток секции переходит через нуль позже, чем следует Такая коммутация называется замедленной.

При замедленной коммутации плотность тока на сбегающем крае щетки сильно увеличивается (рис. 4-18), вызывая излишний, сверх расчетного, нагрев щетки и ускоренный износ ее. Однако главная опасность состоит в том, что при замедленной коммутации наблюдается искрение между коллектором и сбегающим краем щетки. Оно возникает потому, что при размыкании секции запасенная ею электромагнитная энергия выделяется в электрической дуге сбегающего края щетки.

Если благодаря поперечной реакции якоря индукция Вв под краем полюса увеличивается на 30—50%, то между коллекторными пластинами секции, перемещающейся в зоне повышенной индукции, возникает разность потенциалов, превышающая 25—35 В. Этим напряжением поддерживаются отдельные электрические дуги, которые, сливаясь в ионизированном пространстве вокруг коллектора, могут образовать мощную дугу, перекрывающую траверсы щеток разной полярности. Это называется круговым огнем по коллектору и вызывает серьезную аварию.

Рис. 4-18. Замедленная коммутация.

Рис. 4-19. Дополнительные полюсы,

Для улучшения коммутации принимаются меры, которые сводятся к уменьшению добавочного тока Одной из самых радикальных мер является применение дополнительных полюсов. На рис. 4-19 показан двухполюсный генератор, имеющий, кроме главных полюсов N и S, два дополнительных полюса и s, расположенных по геометрической нейтрали и чередующихся, как показано, в направлении вращения якоря. Обмотка возбуждения Дополнительных полюсов соединена последовательно с якорем. В двух секциях, показанных на рисунке кружками, происходит коммутация. Электродвижущая сила машины Е и уменьшающийся ток секции направлены в одну сторону; в эту же сторону направлена и э. д. с. самоиндукции , поддерживающая убывающий ток (рис. 4-19, б). При указанной на рис. 4-19, а полярности дополнительных полюсов, в активных сторонах секции наводится дополнительная э. д. с. коммутации , направление которой встречно Е, а значит, и

Если ей численно равно то дополнительный, ток секции

При работе машины электродвигателем чередованием главных полюсов с дополнительными по направлению вращения будет

Так как э. д. с. пропорциональна току якоря то для автоматической компенсации ее при всех нагрузках дополнительные полюсы делаются ненасыщенными. Тогда

Для проверки допустимой коммутации «на глаз» установлены следующие степени искрения на коллекторе:

Степень 1 - отсутствие искр (темная коммутация).

Степень — слабое точечное искрение под небольшой частью щетки. В этих случаях нет почернения коллектора и нагара на щетках.

Степень — слабое искрение под большей частью щетки. При этом появляются следы почернения на коллекторе, легко устраняемые протиранием поверхности коллектора тряпкой, смоченной в бензине, а также следы нагара на щетках.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление