Физическая сущность коммутации.

Щетки делят обмотку якоря на параллельные ветви (в двуполюсной машине 2 параллельные ветви). При вращении якоря каждая секция переходит из одной параллельной ветви в другую. При этом в ней меняется ток на противоположный.

Когда секция находилась в нижней параллельной ветви, ток протекал от начала к концу.

Секция, вращаясь, оказалась на нейтрали, ток уменьшился до нуля.

Секция оказалась в верхней параллельной ветви, ток резко изменил направление и протекает теперь от конца к началу.

Коммутация – это переключение секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую с резким изменением направления тока в ней.

Период коммутации – это время, в течение которого обе коллекторные пластины перекрывались щеткой. Начало коммутации – когда коллекторные пластины начинают перекрывать набегающий край щетки.

Конец коммутации – когда коллекторные пластины начинают перекрывать сбегающий край щетки.

Коммутация бывает:

Идеальная.

При такой коммутации тока в короткозамкнутой секции практически нет, коллекторная пластина сходит со щетки без разрыва тока, нет искрения.

Реальная.

Такая коммутация бывает двух видов:

a) Реальная замедленная, искрит сбегающий край щетки.

b) Реальная ускоренная, искрит набегающий край щетки.

Замедленная коммутация.

При такой коммутации в короткозамкнутой секции возникают все три вида ЭДС:

· ЭДС индукции. Возникает из-за пересечения секцией искривленного реакцией якоря магнитного поля.

· ЭДС самоиндукции. Возникает из-за резкого уменьшения тока в секции. Она не дает ему уменьшиться, направлена вместе с ним и поддерживает его какое-то время.

· ЭДС взаимоиндукции. В процессе коммутации участвуют сразу несколько секций. Ток в них меняется и созданный током магнитный поток пересекает соседние секции, наводя в них ЭДС.

Суммарная реактивная ЭДС порождает дополнительный ток в секции, который приводит к увеличению плотности тока на сбегающем крае щетки. Это вызовет искрение при сходе пластины со щетки.

При большой реакции якоря дуга вытягивается, поддерживаемая повышенным коллекторным напряжением, возникает переброс дуги по коллектору и круговой огонь.

Для улучшения коммутации необходимо уменьшить все ЭДС, возникающие в секции, или скомпенсировать их.

Способы улучшения коммутации:

1) Уменьшаем ЭДС индукции. Для этого компенсируем реакцию якоря. Щетки ставим на физическую нейтраль.

2) Уменьшаем ЭДС самоиндукции. Для этого секции обмотки выполняем одновитковыми, а паз делаем неглубоким (чем глубже паз, тем концентрированнее магнитное поле), этим уменьшаем индуктивность.

3) Уменьшаем ЭДС взаимоиндукции. Для этого подбираем ширину щетки такую, чтобы было оптимальное количество коммутирующих секций.

4) Увеличивают сопротивление в коммутирующей цепи: щетки выполняют из электрографита (при резком увеличении тока он увеличивает сопротивление и ограничивает ток), коллектор покрывают политурой (тонкой оксидной пленкой с повышенным сопротивлением), щетки делают разрезными.

5) Применяют дополнительные полюса. С их помощью в коммутирующей секции создается дополнительная ЭДС (секция, вращаясь, пересекает поток добавочных полюсов). Обмотка этих полюсов подключена последовательно встречно якорной, поэтому возникшая в секции коммутирующая ЭДС будет равна и противоположна реактивной ЭДС. Противоположно направленные ЭДС компенсируют друг друга, и в секции не возникает дополнительного реактивного тока, то есть мы добиваемся идеальной коммутации.