Способы улучшения коммутации

Прямолинейная коммутация, при которой ток i_д равен нулю, не сопровождается искрением на коллекторе.

Поскольку величина добавочного тока i_д зависит от величины э. д. с. в коммутируемой секции и от сопротивления переходного контакта между щеткой и коллекторными пластинами

то улучшить коммутацию можно, увеличивая сопротивление щеток или уменьшая э. д. с. в коммутируемой секции до нуля. Увеличение сопротивления щеток для улучшения коммутации может быть при­менено только в машинах малой мощности, так как прибольших значениях тока якоря повышение сопротивления щеток приведет к перегреву щеток и коллектора и к увеличению потерь в машине.

Для улучшения коммутации стремятся уменьшить сумму э.д. с. до нуля.

Чтобы добиться равенства е_р + е_к = 0, нужно в зоне коммутации создать магнитное поле, которое индуктировало бы в коммутируемойсекции коммутирующую э. д. с. е_к, равную по величине реактивной э. д. с. е_р и противоположную ей но знаку. Это может быть достигнуто сдвигом щеток с физической нейтрали но направлению вращения якоря у генераторов и против направления вращения якоря у двига­телей. При вращении якоря генератора по часовой стрелке в прово­дах обмотки якоря, находящихся под северным полюсом, э. д. с. и ток имеют положительное (+) направление. В проводах коммутируемой секции, находящихся на физической нейтрали, э. д. с. е_к равна нулю, а э. д. с. е_р имеет такой же знак, который имела э. д. с. е_к в проводах, находящихся под северным полюсом. Это объясняется тем, что реактивная э. д. с, препятствует изменению тока в коммутируемой секции, который при коммутации сначала уменьшается, а затем увеличивается в противоположном направле­нии, поэтому реактивная э. д. с. направлена в ту же сторону, что и ток в коммутируемой секции до начала коммутации. Но нам необ­ходимо добиться создания э. д. с. е_к в коммутируемой секции, рав­ной по величине и противоположной по знаку реактивной э. д. с. е_р. Для этого нужно сдвинуть щетки с физической нейтрали по на­правлению вращения якоря генератора, т. е. поместить коммутируе­мую секцию в магнитное поле противоположной полярности, под южный полюс.

Однако равенство е_р = е_к достигается только при какой-то опре­деленной нагрузке, так как при изменении нагрузки физическая нейтраль смещается и это равенство нарушается. Поэтому при ка­ждом изменении нагрузки для того, чтобы коммутация была безы­скровой, нужно передвигать щетки, что практически трудно осуще­ствить. Этот способ улучшения коммутации может быть применен при постоянной нагрузке или у машин небольшой мощности.

В современных машинах для улучшения коммутации применяют дополнительные полюса. Их делают меньшего сечения и располагают между глав­ными полюсами (рис. 34). Обмотки дополнительных полюсов включа­ют последовательно с обмоткой якоря, и через них проходит весь ток нагрузки.

Рис. 26. Схема включения дополнительных полюсов

Число дополнительных полюсов обычно равно числу основных полюсов, но в машинах малой мощности его иногда уменьшают в 2 раза.

Намагничивающая сила дополнительных полюсов направлена против намагничивающейсилы якоря, вследствие чего компенси­руется магнитное поле якоря Ф_я в зоне коммутации, а так как оба они пропорциональны току нагрузки, то получается автоматическая компенсация магнитного поля якоря при любой нагрузке. Для этого дополнительные полюса делают такого сечения, чтобы сталь полюсов не была насыщена, т. е. чтобы сохранялась прямая пропорциональ­ность между магнитным потоком и током нагрузки.

Но число витков обмотки дополнительных полюсов рассчитывают так, чтобы магнитный поток, создаваемый ими, был на 15-30% больше магнитного потока якоря, как раз на такую величину Ф_к, котораяпозволяет индуктировать в короткозамкнутой секции комму­тирующую э. д. с. е_к, равную по величине и противоположную по направлению реактивной э. д. с. е_р. А так как э. д. с. е_к и е_р пропор­циональны току якоря, то благодаря этому достигается автоматич­ность действия дополнительных полюсов.

Для хорошей коммутации нужно также,чтобы коллектор был цилиндрическим и гладким, щетки хорошо при­тертыми к коллектору и легко передвигались в обоймах щеткодержа­телей, пружины щеткодержателей нормально натянутыми и электри­ческая машина не была перегружена.

В машинах с дополнительными полюсами щетки с геометрической нейтрали не сдвигают.

Порядок чередования полярности главных и дополнительных полюсов по направлению вращения якоря таков:

у генератора N – s - S - п

у двигателя N - п - S - s

(прописными буквами обозначены главные полюса, строчными — до­полнительные).

В мощных машинах, работающих с большими перегрузками, кроме дополнительных полюсов, применяют компенсационнуюоб­мотку, соединяемую последовательно с обмоткой якоря. Поле, созда­ваемое компенсационной обмоткой, нейтрализует поперечную реак­цию якоря под главными полюсами машины.