Comutarea în mașini de curent continuu

Comutarea la mașinile de curent continuu este înțeleasă ca fenomene cauzate de o schimbare a direcției curentului în firele înfășurării armăturii atunci când acestea se deplasează de la o ramură paralelă la alta, adică la traversarea liniei de-a lungul căreia se află periile ( de la cumulatio latinesc — schimbare). Să luăm în considerare fenomenul de comutație folosind exemplul unei armături inelare.

În fig. 1 prezintă o scanare a unei părți a înfășurării armăturii constând din patru fire, o parte a colectorului (două plăci colectoare) și o perie. Firele 2 și 3 formează o buclă comutată, care în fig. 1, a este prezentată în poziția pe care o ocupă înainte de comutare, în fig. 1, c — după comutare, iar în fig. 1, b — în timpul perioadei de comutare. Colectorul și înfășurarea armăturii se rotesc în direcția indicată de săgeată cu o viteză de rotație n, peria este staționară.

În momentul înainte de comutare, curentul de armătură Iya trece prin perie, placa colector din dreapta și este împărțit în jumătate între ramurile paralele ale înfășurării armăturii. Firele 1, 2 și 3 și firul 4 formează diferite ramuri paralele.

După comutare, firele 2 și 3 au trecut la o altă ramură paralelă, iar direcția curentului din ele s-a schimbat în sens opus. Această modificare a avut loc într-un timp egal cu perioada de comutare Tk, adică. în timpul necesar periei pentru a se muta de la placa dreaptă la stânga adiacentă (de fapt, peria se suprapune mai multe plăci colectoare deodată, dar în principiu acest lucru nu afectează procesul de comutare) ...

Orez. 1. Diagrama procesului de comutare curent

Unul dintre momentele perioadei de comutare este prezentat în Fig. 1, b. Circuitul de comutat se dovedește a fi un scurtcircuit de la plăcile colectoare și peria. Deoarece în timpul perioadei de comutare are loc o schimbare a direcției curentului în bucla 2-3, aceasta înseamnă că un curent alternativ curge prin buclă, creând un flux magnetic alternativ.

Acesta din urmă induce e. În bucla comutată. etc. v. auto-inducere eL sau reactiv e. etc. v. Conform principiului lui Lenz, de ex. etc. c. autoinducția tinde să mențină curentul în fir în aceeași direcție. Prin urmare, direcția eL coincide cu direcția curentului din buclă înainte de comutare.

Sub influența e. etc. c. autoinducție în scurtcircuit 2-3, curge un curent suplimentar mare id, deoarece rezistența buclei este mică. În punctul de contact al periei cu placa din stânga, curentul id este direcționat împotriva curentului de armătură, iar în punctul de contact al periei cu placa din dreapta, direcția acestor curenți coincide.

Cu cât este mai aproape de sfârșitul perioadei de comutare, cu atât zona de contact a periei cu placa dreaptă este mai mică și densitatea curentului este mai mare. La sfârșitul perioadei de comutare, contactul periei cu placa dreaptă este întrerupt și se formează un arc electric.Cu cât ID-ul curent este mai mare, cu atât arcul este mai puternic.

Dacă periile sunt situate pe neutrul geometric, atunci în circuitul comutat fluxul magnetic al armăturii induce e. etc. v. rotaţia lui Ebr. În fig. 2 prezintă la scară mărită conductoarele buclei comutate situate pe neutrul geometric și direcția lui e. etc. c. autoinductanţa eL pentru generator care coincide cu direcţia curentului de armătură în acest fir înainte de comutare.

Direcția lui Heb este determinată de regula mâinii drepte și coincide întotdeauna cu direcția lui eL. Drept urmare, id-ul crește și mai mult. Arcul electric rezultat între perie și placa colectorului poate distruge suprafața colectorului, rezultând un contact slab între perie și colector.

Orez. 2. Direcția forței electromotoare în bucla de comutație

Pentru a îmbunătăți condițiile de comutare, periile sunt mutate la neutralitatea fizică. Când periile sunt amplasate pe neutrul fizic, bobina inclusă nu traversează un flux magnetic extern și e. etc. v. rotaţia nu este indusă. Dacă mutați periile dincolo de neutralitatea fizică, așa cum se arată în fig. 3, atunci în bucla comutată fluxul magnetic rezultat va induce e. etc. cu ek, a cărui direcție este opusă direcției lui e. etc. v. autoinducere eL.

În acest fel, nu numai e. Se va compensa. etc. v. rotație, dar și e. etc. v. autoinducere (parțial sau complet). După cum am menționat mai devreme, unghiul de forfecare al neutrului fizic se schimbă tot timpul și, prin urmare, periile sunt de obicei montate decalat la un unghi mediu față de acesta.

Reducerea e. etc. cuîn bucla inclusă duce la o scădere a curentului id și o slăbire a descărcării electrice între perie și placa colector.

Este posibilă îmbunătățirea condițiilor de comutare prin instalarea de poli suplimentari (Ndp și Sdn în Fig. 4). Polul suplimentar este situat de-a lungul neutrului geometric. Pentru generatoare, polul suplimentar cu același nume este situat în spatele stâlpului principal în direcția de rotație a armăturii, iar pentru motor - invers. Înfășurările polilor suplimentari sunt conectate în serie cu înfășurarea armăturii în așa fel încât fluxul Fdp creat de aceștia să fie direcționat către fluxul armăturii Fya.

Orez. 3. Direcția forței electromotoare în bucla de comutare atunci când periile sunt mutate dincolo de neutrul fizic

Orez. 4. Schema de circuit a înfășurărilor polilor suplimentari

Deoarece ambele fluxuri sunt create de un singur curent (curent de armătură), este posibil să alegeți numărul de spire ale înfășurării polilor suplimentari și spațiul de aer dintre aceștia și armătură, astfel încât fluxurile să fie egale ca valoare la fiecare armătură. curent . Fluxul polului auxiliar va compensa întotdeauna fluxul armăturii și astfel e. etc. v. nu va exista nicio rotație în bucla comutată.

Polii suplimentari sunt de obicei realizati astfel incat fluxul lor induce e in circuitul comutat. d. s egal cu suma eL + Ebr. Apoi, în momentul separării periei de placa colectoră dreaptă (vezi Fig. 1, c) arcul electric nu are loc.

Mașinile industriale de curent continuu cu o putere de 1 kW și mai mult sunt echipate cu poli suplimentari.