Превключване в DC машини

Превключването в машини с постоянен ток се разбира като явления, причинени от промяна в посоката на тока в проводниците на намотката на котвата, когато се движат от един паралелен клон в друг, тоест при пресичане на линията, по която са разположени четките ( от латинското commulatio — промяна). Нека разгледаме явлението комутация, като използваме примера с пръстенова арматура.

На фиг. 1 показва сканиране на част от намотката на котвата, състояща се от четири проводника, част от колектора (две колекторни плочи) и четка. Проводници 2 и 3 образуват превключен контур, който на фиг. 1, a е показано в позицията, която заема преди превключване, на фиг. 1, в — след превключване, а на фиг. 1, b — по време на периода на превключване. Колекторът и намотката на котвата се въртят в посоката, посочена от стрелката със скорост на въртене n, четката е неподвижна.

В момента преди превключването токът на котвата Iya преминава през четката, дясната колекторна плоча и се разделя наполовина между паралелните клони на намотката на котвата. Проводници 1, 2 и 3 и проводник 4 образуват различни паралелни разклонения.

След превключване проводниците 2 и 3 преминаха към друг паралелен клон и посоката на тока в тях се промени в обратна. Тази промяна е настъпила във време, равно на периода на превключване Tk, т.е. във времето, необходимо на четката да се премести от дясната плоча към съседната лява (всъщност четката припокрива няколко колекторни плочи наведнъж, но в принцип това не засяга процеса на превключване) …

Ориз. 1. Диаграма на текущия процес на превключване

Един от моментите на периода на превключване е показан на фиг. 1, б. Контурът, който трябва да се превключи, се оказва късо съединение от колекторните плочи и четката. Тъй като през периода на комутация има промяна в посоката на тока в контура 2-3, това означава, че променлив ток протича през контура, създавайки променлив магнитен поток.

Последният индуцира д. В комутирания контур. и т.н. с. самоиндукция eL или реактивен e. и т.н. с. Според принципа на Ленц, напр. и т.н. с. самоиндукцията се стреми да поддържа тока в проводника в същата посока. Следователно посоката на eL съвпада с посоката на тока в контура преди превключване.

Под влияние на д. и т.н. с. самоиндукция в късо съединение 2-3, тече голям допълнителен ток id, тъй като съпротивлението на контура е малко. В точката на контакт на четката с лявата плоча токът id е насочен срещу тока на котвата, а в точката на контакт на четката с дясната плоча посоката на тези токове съвпада.

Колкото по -близо до края на периода на превключване, толкова по -малка е контактната площ на четката с дясната плоча и по -голяма е плътността на тока. В края на периода на превключване контактът на четката с дясната плоча се прекъсва и се образува електрическа дъга. Колкото по -висок е текущият идентификатор, толкова по -мощна е електрическата дъга.

Ако четките са разположени на геометрична неутрала, тогава в превключената верига магнитният поток на котвата индуцира e. и т.н. с. въртене на евр. На фиг. 2 показва в увеличен мащаб проводниците на превключения контур, разположени върху геометричната неутрала, и посоката на e. и т.н. с. самоиндукция eL за генератора, съвпадаща с посоката на тока на котвата в този проводник преди превключване.

Посоката на Heb се ​​определя от правилото на дясната ръка и винаги съвпада с посоката на eL. В резултат на това id се увеличава още повече. Получената електрическа дъга между четката и колекторната плоча може да разруши повърхността на колектора, което води до лош контакт между четката и колектора.

Ориз. 2. Посока на електродвижещата силав комутационния контур

За да се подобрят условията на превключване, четките се изместват към физическата неутралност. Когато четките са разположени на физическата неутрала, включената намотка не пресича външен магнитен поток и e. и т.н. с. въртенето не се предизвиква. Ако преместите четките извън физическата неутралност, както е показано на фиг. 3, тогава в превключения контур полученият магнитен поток ще индуцира e. и т.н. с. ek, посоката на която е противоположна на посоката на e. и т.н. с. самоиндукция eL.

По този начин не само д. Ще бъде компенсирано. и т.н. с. въртене, но и д. и т.н. с. самоиндукция (частично или напълно). Както бе споменато по -рано, ъгълът на срязване на физическата неутрала се променя през цялото време и затова четките обикновено се монтират с изместване под някакъв среден ъгъл спрямо него.

Намаляване на e. и т.н. с. в включения контур води до намаляване на тока id и отслабване на електрическия разряд между четката и колекторната плоча.

Възможно е да се подобрят условията на превключване чрез инсталиране на допълнителни стълбове (Ndp и Sdn на фиг. 4). Допълнителният полюс е разположен по протежение на геометричната неутрала. За генераторите, допълнителният стълб със същото име се намира зад главния полюс по посока на въртене на котвата, а за двигателя — обратно. Намотките на допълнителните стълбове са свързани последователно с намотката на котвата по такъв начин, че създаденият от тях поток Fdp е насочен към потока на котвата Fya.

Ориз. 3. Посока на електродвижещата сила в превключващия контур, когато четките се изместват отвъд физическата неутрала

Ориз. 4. Схема на включване на намотките на допълнителните полюси

Тъй като и двата потока се създават от един ток (ток на котвата), е възможно да се избере броят на завоите на намотката на допълнителните полюси и въздушната междина между тях и котвата, така че потоците да са равни по стойност при всеки ток на котвата. Потокът на допълнителните полюси винаги ще компенсира потока на котвата и по този начин e. и т.н. с. няма да има въртене в превключения контур.

Допълнителните полюси обикновено се правят така, че техният поток да индуцира e в превключената верига. d. s равно на сумата еL + Heb. Тогава в момента на отделяне на четката от дясната колекторна плоча (виж фиг. 1, в) електрическата дъга не възниква.

Индустриалните машини с постоянен ток с мощност от 1 kW и повече са оборудвани с допълнителни стълбове.