Коммутацией называется процесс изменения направления тока в секциях обмотки якоря при переходе их из одной параллельной ветви обмотки якоря в другую.

Коммутация необходима для сохранения постоянным направления тока в секциях обмотки якоря при переходе их из зоны действия одного полюса в зону действия другого полюса. Это, в свою очередь, сохраняет постоянным направление электромагнитных сил, создающих вращающий момент.

Процесс коммутации разделяется на три стадии (РИС.1.6):

1 – со щёткой соприкасается первая коллекторная пластина коллектора. Первая половина тока 2Iя обмотки якоря величиной Iя протекает по коммутируемой секции (проводники 1-4) и проводнику 3 в правую параллельную ветвь обмотки якоря, а вторая половина этого тока – по проводнику 2 в левую параллельную ветвь, Т.е. коммутируемая секция находится в правой параллельной ветви этой обмотки.

2 – со щёткой соприкасаются 1 и 2 коллекторные пластины коллектора. Половина тока обмотки якоря величиной Iя протекает по проводникам обмотки якоря 2 и З, соответственно, в левую и в правую ветвь обмотки. По коммутируемой секции, в идеальном случае, ток не проходит.

3 – со щёткой соприкасается только 2 коллекторная пластина коллектора. Теперь половина тока обмотки якоря величиной Iя протекает по коммутируемой секции (проводники 4-1) и по проводнику 2 в левую параллельную ветвь обмотки якоря, т.е. коммутируемая секция перешла из правой параллельной ветви обмотки якоря в левую и в ней, как видно из рисунка 1.6, направление тока изменилось на противоположное.

Характерной является вторая стадия. Процесс коммутации начинается в момент соприкосновения со щёткой первой коллекторной пластины и заканчивается в момент схода с неё второй коллекторной пластины в течение времени Тк = 0,001 - 0,0001 сек. За это время на этой стадии коммутации происходит следующее: .

· в коммутируемой секции в момент закорачивания её щёткой ток спадает до нуля, а затем в конце этой стадии, Т.е. в момент схода щётки с первой пластины изменяет свое направление на противоположное. Поэтому в ней, из-за изменения направления тока, индуцируется Э.Д.с. самоиндукции. Кроме того, щётка соединяет более двух пластин и в коммутации участвует несколько секций. Изменение направления тока в них, а значит и магнитного потока, приводит к появлению в этих секциях э.д.с. взаимоиндукции. Сумма этих двух Э.Д.с. и составляет реактивную э.д.с. е_р, которая наводит в коммутируемой секции добавочный ток коммутации I_к. Величина этого тока выражается формулой:

где е_р – реактивная э.д.с.; r_к – сопротивление коммутируемой секции.

Рис. 1.6.Три стадии коммутации.

· величина тока коммутации I_к большая. Во-первых, из-за того, что незначительно сопротивление коммутируемой секции. Во-вторых из-за того, что её составляющие э.д.с. самоиндукции и э.д.с. взаимоиндукции большие по величине: незначительно время коммутации, поэтому большая скорость изменения направления, а значит и большая величина этих составляющих и реактивной э.д.с;

· направление тока коммутации I_K такое же, как и в начале коммутации, так как реактивная э.д.с. препятствует изменению направления тока,т.е. поддерживает прежнее направление тока;

Исходя из того, что между коллекторными пластинами и краями щетки проходят два различных тока, и учитывая направление тока коммутации, можно сделать вывод:

величина тока между щёткой (сбегающий её край) и 1-ой коллекторной пластиной будет равна: I₁ = Iя+Iк (плотность тока повышенная);

- величина тока между щёткой (набегающий её край) и 2-ой коллекторной пластиной будет равна: I₂ = Iя- I_K (плотность тока пониженная).

При сходе со щётки первой коллекторной пластины между её сбегающим краем и пластиной, из-за повышенной плотности тока, возникает искрение. При соответствующих условиях оно может превратиться в дуговой разряд, а затем и в круговой огонь.

1.5. КЛАССЫ КОММУТАЦИИ.

1-искрение отсутствует. Тёмная коммутация.

1 - слабое точечное искрение под небольшим краем щётки.

- слабое точечное искрение под большим краем щётки.

2 – искрение под всем краем щётки.

3 – искрение под всем краем щётки и наличие крупных вылетающих искр.

Классы 2 и 3 не допустимы.

1.6. ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ.

Существуют два пути улучшения коммутации. Первый путь это уменьшение величины тока коммутации, а второй - компенсирование реактивной э.д.с. в коммутируемой секции.

Уменьшение тока коммутации выполняется следующим образом:

· увеличением сопротивления коммутируемой секции: применение графитированных щёток с повышенным внутренним сопротивлением, применение разрезных щёток, наличие политуры на рабочей поверхности коллектора;

· уменьшением реактивной Э.Д.с. путём уменьшения индуктивности обмотки якоря: неглубокие пазы в сердечнике якоря для катушек его обмотки (4,5 - 5 см), применение одновитковых секций, уменьшение длины секций, укорачивание шагов обмотки якоря, выравнивание индуктивности катушки обмотки якоря путём укладки одной её стороны на дно одного паза сердечника, а другой стороны - сверху другого паза, уменьшение толщины щётки (уменьшается э.д.с. взаимоиндукции).