Какие причины вызывающие искрение возникают при замедленной коммутации

Искрение под щётками машин постоянного тока Причины искрения. Способы улучшения коммутации.

С точки зрения надежности наиболее слабым элементом в машинах постоянного тока является скользящий контакт щеток по коллектору. При коммутации между щетками и коллектором может наблюдаться искрение. Сильное искрение вызывает повреждения поверхности коллектора и щеток.

Причины искрения разделяют на механические, потенциальные и электромагнитные.

Механические причины вызваны неполным прилеганием щеток к коллектору. Они вызваны некачественным изготовлением коллектора и щеточного узла: неровная или загрязненная поверхность коллектора, его эллиптичность, биение, слабое давление щеток на коллектор и т.д.

Потенциальные причины искрения связаны с напряжением между коллекторными пластинами. Если оно превышает допустимое значение, появляются искры между смежными пластинами. При этом сгорает угольная пыль в изоляционных промежутках между пластинами. В машинах большой мощности искры могут перейти в электрическую дугу, которая перекрывает большую часть коллектора (круговой огонь на коллекторе). При этом машина выходит из строя.

Электромагнитные причины связаны с протеканием электромагнитных процессов в коммутируемых секциях. Они являются основными.

Как правило, искрение щеток — это результат совместного действия многих причин. Качество коммутации оценивается степенью искрения под сбегающим краем щетки, из-под которого выходят пластины коллектора при его вращении.

Идея улучшения коммутации сводится к тому, чтобы криволинейную коммутацию, привести к прямолинейной, а для этого необходимо, чтобы добавочный ток был равен нулю.

1. За счет сдвига щеток с нейтрали,

2. За счет установки добавочных полюсов.

1. Улучшение коммутации за счет сдвига щеток с нейтрали, рис. 67 а, б, в

2. Улучшение коммутации за счет установки добавочных полюсов

Дополнительные полюса устанавливают на геометрической нейтрали. Количество их равно числу главных полюсов. Это простое и целесообразное решение. Все современные машины постоянного тока снабжены дополнительными полюсами.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Из одной параллельной ветви в другую

В начальный момент коммутации (рис. 27.1, а) контактная поверхность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней равен i_a. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате комму­тирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней по­степенно уменьшается. В середине процесса коммутации (t = 0,5T_К) контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рис. 27.1, б). В конце коммутации (t = T_к) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакт с пла­стиной 1 (рис. 27.1, в), а ток в коммутирующей секции становится равным — i_a, т. е. по значению таким же, что и в начале коммута­ции, а по направлению — противоположным. При этом коммути­рующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

§ 27.2. Прямолинейная коммутация

Этот вид коммутации имеет место в машине, если в процессе коммутации в коммутирующей секции ЭДС не наводится или, что более реально, сумма ЭДС в коммутирующей секции равна нулю. В этом случае для коммутирующей секции, замкнутой щеткой (рис. 27.1, б), в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать

i₁r₁ – i₂r₂ = 0 (27.1)

r₁ и r₂ — переходные сопротивления между щеткой и сбегающей 1 и набегающей 2 пласти –

нами; i₁ и i₂ — токи, переходящие в обмот­ку якоря через пластины 1 и 2:

i₁ = i_a + i ; i₂ = i_a – i (27.2)

здесь i – ток в коммутирующей секции.

Используя (27.2), получим

(i_a + i)r₁ – (i_a – i)r₂ = 0

откуда ток в коммутирующей секции

i = i_a(r₂ – r₁)/ (r₂ + r₁) (27.3)

Закон изменения тока коммутирующей секции в функции времени определяется уравнением

i = i_а(1 – 2t /Т_к). (27.4)

Это уравнение является линейным, а поэтому график i = f (t) представляет собой прямую линию, пересекающую ось абсцисс в точке t = 0,5 T_k (рис. 27,2). Коммутация, при которой ток в комму­тирующей секции i изменяется по прямолинейному закону, назы­вают прямолинейной (идеальной) коммутацией.

Весьма важным фактором, определяющим качество коммута­ции, является плотность тока в переходном контакте «щетка-пластина»: j_i — плотность тока под сбегающим краем щетки; j₂ — плотность тока под набегающим краем щетки.

Плотность тока под щеткой прямо пропорциональна тангенсу угла между осью абсцисс и графиком коммутации, т.е. j₁ ≡ tg α₁, и j₂ ≡ tg α₂. График прямолинейной (идеальной) коммутации имеет вид прямой линии. При этом α₁ = α₂, а следовательно, плот­ность тока в переходном кон­такте «щетка — коллектор» в течение всего периода комму­тации остается неизменной (j₁ = j₂ = const). Физически это объясняется тем, что при прямо­линейной

Рис. 27.2. График тока прямолинейной коммутации

коммутации убывание тока, проходящего через сбе­гающую пластину коллектора, пропорционально уменьшению площади контакта щетки с этой пластиной, а нарастание тока через набегающую пластину пропорционально увеличению площади контакта щетки с этой пластиной.

Из построений, сделанных на рис. 27.2, следует, что к моменту времени, когда щетка теряет контакт со сбегающей пластиной, ток через эту пластину уменьшается до нуля. Таким образом, при прямолинейной коммутации пластина коллектора выходит из-под щетки без разрыва тока.

Изложенные свойства прямолинейной (идеальной) коммутации — постоянство плотности тока под щеткой и выход пластины из-под щетки без разрыва тока — являются основными, и благода­ря им этот вид коммуташш не сопровождается искрением на кол­лекторе.

§ 27.3. Криволинейная замедленная коммутация

Период коммутации в современных машинах постоянного то­ка весьма мал и составляет приблизительно 10 -3 — 10 -5 с. При этом средняя скорость изменения тока в коммутирующей секции (di/ dt)_ср = 2i_а/ Т_к очень велика, что приводит к появлению в ком­мутирующей секции ЭДС самоиндукции

e_L = — L_c (di /dt), (27.5)

где L_с — индуктивность секции; i — ток в коммутирующей секции.

Рис. 27.3. Магнитная связь одновременно коммути­рующих секций:

а — при полном шаге (у₁ = τ); б — при укороченном шаге обмотки якоря (у₁ < τ)

Обычно в каждом пазу якоря на­ходится несколько пазовых сторон (не менее двух), принадлежащих разным секциям. При этом если шаг обмотки полный (у₁ = τ), то все эти секции од­новременно находятся в состоянии коммутации, будучи замкнутыми раз­ными щетками (рис. 27.3, а). Обычно ширина щетки больше коллекторного деления и каждая щетка замыкает од­новременно несколько секций. Так как пазовые части коммутирующих секций лежат в одних пазах, то изме­няющийся магнитный поток каждой из этих частей наводит в пазовых частях других секций ЭДС взаимоиндукции

е_м = — М_с (di/ dt), (27.6)

где М_с — взаимная индуктивность од­новременно коммутирующих секций.

Обе ЭДС создают в коммути­рующей секции реактивную (резуль­тирующую) ЭДС

е_р = е_L + е_м = -(L_c + M_с)(di/ dt) (27.7)

которая препятствует изменению тока в коммутирующей секции. Кроме того, под влиянием реакции якоря магнитная индукция в зоне коммутации (на геометрической нейтрали) приобретает неко­торое значение В_к (см. рис. 26.4, в), под действием которой в ком­мутирующей секции наводится ЭДС вращения

е_вр = В_к 2lw_cv, (27.8)

где l — длина пазовых частей секции; w_с — число витков в сек­ции; v — линейная скорость движения секции.

Электродвижущая сила вращения в отличие от реактивной ЭДС может иметь разное направление в зависимости от полярно­сти внешнего магнитного поля в зоне коммутации. Если машина не имеет добавочных полюсов, то ЭДС вращения направлена со­гласованно с реактивной ЭДС. В этом случае в контуре коммути­рующей секции действует сумма ЭДС

∑e = e_р + e _в.р. (27.9)

С учетом изложенного уравнение по второму закону Кирхгофа для коммутирующей секции замкнутой щеткой имеет вид

i₁r₁ – i₂r₂ = ∑e (27.10)

или с учетом (27.3) запишем выражение тока в коммутирующей секции при криволинейной замедленной коммутации:

i = [i_a(r₂ – r₁)/ (r₂ + r₁)] + [∑e/ (r₂ + r₁)] (27.11)

Первое слагаемое правой части полученного выражения пред­ставляет собой ток прямолинейной коммутации [см. (27.3)]

i_пр = i_а(r₂ – r₁)/ (r₂ + r₁) (27.12)

Второе слагаемое правой части выражения (27.11) определяет значение дополнительного тока коммутации, возни­кающего в контуре коммутирующей секции под действием ЭДС ∑e:

i_д = ∑e /(r₂ + r₁). (27-13)

Таким образом, ток в коммутирующей секции при криволиней­ной замедленной коммутации равен сумме двух составляющих:

i = i_пр + i_д. (27.14)

Характер изменения тока i_пр определяется графиком, показан­ным на рис. 27.2. Что же касается дополнительного тока коммута­ции i_д, то для определения характера его изменения за период коммутации необходимо предварительно выяснить, как меняются за период коммутации величины, определяющие этот ток, а имен­но ЭДС ∑e и сумма сопротивлений (r₂ + r₁).

Если в машине нет добавочных полюсов и магнитная индук­ция в зоне коммутации В_к невелика, то ЭДС ∑e определяется главным образом реактивной ЭДС е_р = -(L_с+М_с)(di/dt). При прямолинейном законе изменения тока di/dt = соnst, а следова­тельно, ∑e = const.

Закон изменения суммы сопротивлений (r₁ + r₂) определяется выражением

r₂ + r₁ = (27.15)

где R — сопротивление переходного контакта «щетка—пластина», когда пластина коллектора полностью перекрыта щеткой и пло­щадь ее переходного контакта равна S_k.

В начале (t = 0) и в конце (t = T_к) коммутации r₁ + r₂ = ∞; при t = 0,5 T_k Гц сумма сопротивлений r₂ + r₁ = 4R. На рис. 27.4, а представлен график (r₂ + r₁) = f(t). Этому закону изменения суммы сопротивлений и постоянству ЭДС ∑e соответствует кривая 1 измене­ния добавочного тока коммутации i_д = f(t) представленная на рис. 27.4, б.

Рис. 27.4. Графики измене­ний сопротивлений (r₁ + r₂) и тока i_д

График изменения результирую­щего тока коммутации i = i_пр + i_д = f(t), полученный сложением орди­нат графиков тока прямолинейной коммутации i_пр = f(t) (см. рис. 27.2) и добавочного тока коммутации i_д = f(t) (см. рис. 27.4, б, график 1), представ­лен на рис. 27.5. Криволинейный вид этого графика обусловлен криволинейностью графика i_д = f(t). Физиче­ски это объясняется реактивным дей­ствием суммарной ЭДС ∑e, наводи­мой в коммутирующей секции, пре­пятствующей изменениям тока в этой секции от + i_а в начале коммутации до – i_a в ее конце. По этой причине в се­редине периода коммутации (точка а) ток в коммутирующей секции i_a = i_д, т.е. он не равен нулю, как это имело место при прямолинейной коммутации (см. рис. 27.2), а равен добавочному току коммутации i_д, который в этот момент времени (t = 0,5 T_к) имеет наибольшее значение (см. рис. 27.4, б, график 1). Уменьшение тока i_a до нуля и изменение его направления наступают во второй половине перио­да коммутации в момент времени t > 0,5 Т_к (точка b), т. е. по срав­нению с прямолинейной в рассматриваемом виде коммутации процесс изменения направления тока в коммутирующей секции затягивается во времени. В итоге график коммутации приобретает криволинейный вид. По этой причине такую коммутацию называ­ют криволинейной замедленной. Характерный признак этого вида коммутации — неодинаковая плотность тока под щеткой в начале и в конце периода коммутации.

В этом можно убедиться, воспользовавшись построениями, сделанными на рис. 27.5, для момента времени t = 0,5 Т_к.

Среднее значение плотности тока под набегающим краем щетки j₂, имеющим контакт с пластиной 2 (рис. 27.6, а), меньше среднего значения плотности тока j₁ под сбегающим краем щетки, имеющим контакт с пластиной 1. С одной стороны, это объясняет­ся тем, что tg α₂ < tg α₁, (см. рис. 27.5), а с другой стороны, тем, что при t = 0,5 T_к токи, отходящие в обмотку якоря через пластины 1 и 2, не равны: i₂ < i₁. При криволинейной замедленной коммутации площадь S₁ соприкосновения пластины 1 с щеткой уменьшается быстрее, чем ток i₁ = i_а + i_д, а поэтому плотность тока под сбе­гающим краем щетки повышается. К концу периода коммутации эта плотность тока достигает наибольшего значения j ≡ tg α / ₁, где α / ₁ соответствует t ≈ Т_к (см. рис. 27.5).

Рис. 27.5. График тока криволи­нейной замедленной коммутации

При значительных нагрузках машины плотность тока под сбе­гающим краем щетки может дос­тигнуть недопустимо больших значений и вызвать искрение на коллекторе. Однако, как показы­вает опыт, возможно появление искрения и при небольших нагру­зочных токах в цепи якоря. Это свидетельствует о том, что уве­личение плотности тока под сбе­гающим краем щетки не единст­венная причина искрения на коллекторе. Искрение возникает также при размыкании замкнутой накоротко щеткой цепи коммути­рующей секции при выходе сбегающей пластины коллектора из-под щетки. В момент размыкания коммутирующей секции с добавочным током коммутации накоп­ленная в ней энергия магнитного поля (Дж)

W = 0,5 L_c i 2 _д (27.16)

Рис. 27.6. Распределение плотности тока под щеткой при криво­линейной

Замедленной (а) и ускоренной (б) видах коммутации

затрачивается на создание электрической дуги между сбегающим краем щетки и сбегающей коллекторной пластиной.

Изложенные выше свойства криволинейной замедленной коммутации — повышение плотности тока под сбегающим краем щетки и выход сбегающей пластины из-под щетки с разрывом цепи тока коммутации — создают условия к возникновению искре­ния на коллекторе под сбегающими краями щеток.

§ 27.4. Способы улучшения коммутации

Основная причина неудовлетворительной коммутации в ма­шинах постоянного тока — добавочный ток коммутации

i_д = ∑e / ∑r_к (27.17)

Здесь ∑r_к — сумма электрических сопротивлений добавочному току коммутации i_д:

сопротивления мест пайки в петушках, пере­ходного контакта между коллекторными пластинами и щеткой и собственно щетки.

Однако из перечисленных сопротивлений, входящих в ∑r_к, наибольшее значение имеет сопротивление щетки и переходного контакта, поэтому, обозначив их r_щ, с некоторым приближением можно записать

i_д = ∑e / r_щ (27-18)

Из полученного выражения следует, что уменьшить ток i_д, а следовательно улучшить коммутацию, можно либо увеличением сопротивления r_щ, либо уменьшением суммарной ЭДС ∑e в ком­мутирующей секции. Отсюда вытекает ряд способов улучшения коммутации, основные из которых рассмотрены ниже.

Выбор щеток. С точки зрения обеспечения удовлетворитель­ной коммутации целесообразнее применять щетки с большим пе­реходным падением напряжения в переходном контакте и собст­венно щетке, т. е. щетке с большим сопротивлением r_щ. Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте этих щеток неве­лика, а поэтому их применение в машинах со значительным рабо­чим током ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует увеличения площади коллектора за счет его длины. Это привело бы к увеличению габаритов машины и допол­нительному расходу меди. Поэтому щетки с большим r_щ приме­няют преимущественно в машинах с относительно высоким на­пряжением, а следовательно, и с небольшим рабочим током.

Щетки для электрических машин разделяют на четыре груп­пы, различающиеся составом, способом изготовления и характе­ристиками (табл. 27.1). Выбирают щетки в соответствии с реко­мендациями, выработанными на основании многолетнего опыта проектирования и эсплуатации электрических машин. Наибольшее применение в машинах постоянного тока напряжением 110 — 440 В имеют электрографитированные щетки.

Увеличению переходного сопротивления щеточного контакта, а следовательно улучшению коммутации, способствует поли­тура коллектора — тонкая оксидная пленка на поверхности коллектора, обладающая повышенным электрическим сопро­тивлением.

Уменьшение реактивной ЭДС. Существенное влияние на суммарную ЭДС в коммутирующей секции оказывает реактивная ЭДС е_р = e_l + е_м. ЭДС взаимоиндукции е_м в значительной степени зависит от ширины щетки: чем шире щетка, тем большее число коллекторных пластин перекрывает она одновременно, а следова­тельно, тем больше секций одновременно коммутируется, что вы­зывает повышение ЭДС взаимоиндукции е_м. Однако слишком уз­кие щетки также нежелательны из-за недостаточной механической прочности, а также потому, что для создания необходимой площади контактной поверхности в узкой щетке

Радиопомехи от коллекторных машин и способы их подавления

При неудовлетворительной коммутации коллекторная машина становится источником радиопомех, ухудшающих качество радиоприема, а иногда делающих его невозможным, поэтому уровень индустриальных радиопомех не должен превышать значений, определяемых действующими нормами.

Радиопомехи распространяются двумя путями: по эфиру (электромагнитное излучение) и через электросеть. Для подавления помех, распространяемых по эфиру, электрические машины экранируют. В качестве экрана используют заземленный корпус машины. Если со стороны коллектора в машине имеются окна, то их следует закрыть металлическим колпаком или сеткой, обеспечив им надежный контакт с корпусом машины.

Для подавления помех, проникающих от машины в сеть, применяют симметрирование обмоток и включение фильтров.

Симметрирование обмоток состоит в том, что каждую обмотку, включенную последовательно в цепь якоря, разделяют на две равные части и присоединяют симметрично к щеткам разной полярности.

Применение фильтров — основной способ подавления радиопомех. Для большинства машин достаточно установить емкостный фильтр в виде конденсаторов, включаемых между каждым токонесущим проводом и корпусом машины (рис. 24.14). Значение емкости конденсаторов подбирают опытным путем, при этом они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение машины. Для фильтров предпочтительны проходные конденсаторы типа КБП, у которых одним из зажимов является металлическая оболочка, прикрепляемая непосредственно к корпусу машины.

Рис.27.14. Схема включения помехозащитного фильтра

Контрольные вопросы

1. В чем сущность явления реакции якоря машины постоянного тока?

2. Почему МДС якоря, действующая по поперечной оси, вызывает размагничивание машины по продольной оси?

3. Как учитывается размагничивающее действие реакции якоря при расчете числа витков полюсной катушки обмотки возбуждения?

4. С какой целью компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря?

5. Почему с увеличением воздушного зазора ослабляется размагничивающее влияние реакции якоря?

6. Какие способы возбуждения применяют в машинах постоянного тока?

7. Какие причины могут вызвать искрение на коллекторе?

8. Какие степени искрения предусмотрены ГОСТом? Дайте каждой из них характеристику и укажите условия допустимости.

9. Почему прямолинейная коммутация не сопровождается искрением?

10. Какие причины, вызывающие искрение, возникают при замедленной коммутации?

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА КОММУТАЦИИ. ПРИЧИНЫ ИСКРЕНИЯ И ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ИСКРЕНИЯ

Щетки разделяют обмотку якоря на несколько параллельных ветвей. При вращении якоря каждая секция его обмотки переходит из одной параллельной ветви в другую, что сопровождается резким изменением направления тока в секции и замыканием этой секции накоротко щетками.

Процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую и изменения направления в них тока называется процессом коммутации.

Предположим, что в какой-либо момент секция находится в нижней параллельной ветви, при этом ток ветви протекает по секции в направлении от ее начала к концу. Через некоторое время якорь повернется и секция 1 окажется в верхней параллельной ветви . При этом ток будет уже проходить по секции в обратном направлении, т. е. от ее конца к началу.

Большую часть времени, соответствующего одному обороту якоря, ток секции равен току параллельной ветви. Однако поскольку секция, перемещаясь под полюсами, попадает то в одну, то в другую параллельную ветвь, направление тока в ней периодически меняется. Изменение направления тока в секции происходит за период времени, в течение которого соединенные с секцией коллекторные пластины соприкасаются со щеткой. Это время называется периодом коммутации Т_к. Секция начинает коммутироваться в момент, когда коллекторные пластины, между которыми подключена секция, перекрываются набегающим краем щетки; заканчивается же процесс коммутации этой секции в момент выхода указанных коллекторных пластин из-под противоположного (сбегающего) края щетки. Секция, накоротко замкнутая щетками, называется коммутируемой.

Качество коммутации оценивается степенью искрения под сбегающим краем щетки, т.е. под тем краем щетки из под которого выходят пластины коллектора. Оценка искрения производится визуально.

Существуют следующие степени искрения:

— Степень 1характеризуется отсутствием искрения (темная коммутация)

— степень 1 — наблюдается точечное искрение под небольшим краем щетки

При этих степенях на коллекторе отсутствует почернение, а на щетках нет нагара

— степень 1 — наблюдается слабое искрение под большей частью щетки. На коллекторе появляется легкое почернение, которое устраняется протиранием поверхности коллектора ветошью, смоченной бензином. На щетках появляются следы нагара.

Эти 3 степени допускаются при длительной работе машины.

— степень 2 – происходит искрение под всем краем щетки. На коллекторе появляется почернение, которое не устраняется протиранием бензином. На щетках появляется нагар. Эта степень искрения допускается только при кратковременной работе

— степень 3- происходит значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных вылетающих искр. На коллекторе появляется значительное почернение, на щетках сильный нагар и разрушение щеток. Допускается только для моментов прямого пуска или реверсирования, если при этом коллектор и щетки остаются пригодными для работы

Причины искрения можно разделить на механические, электромагнитные и потенциальные.

Механические причины связаны с некачественным изготовлением коллектора и щеточного аппарата: неровная поверхность коллектора, заедание и вибрация щеток в щеткодержателе, биение коллектора и т.д. Поэтому при изготовлении машины предъявляют жесткие требования к обработке поверхности коллектора и изготовлению щеточного узла.

Электромагнитная причина является основной и связана с протеканием электромагнитных процессов в секциях. Сущность этих процессов заключается в том, что при коммутации, когда секция замкнута щетками, в ней происходит изменение направления тока. Т.к. секция имеет определенную индуктивность, то в ней будет наводиться ЭДС самоиндукции. С другой стороны, ширина щетки обычно больше ширины коллекторной пластины и она захватывает рядом расположенные секции, которые при этом имеют электромагнитную связь с рассматриваемой секцией. Поэтому в каждой из этих секций наводится ЭДС взаимоиндукции. В результате в коммутируемой секции наводится ЭДС = сумме этих ЭДС. Эта ЭДС называется реактивной е_р. Она стремится задержать изменение тока в коммутируемой секции и ее направление совпадает с направлением тока в секции до коммутации.

Кроме реактивной в коммутируемой секции наводится ЭДС от внешнего поля. Внешнее поле создается или поперечным полем реакции якоря или дополнительными полюсами. При вращении якоря в этом поле в этом поле в коммутируемой секции индуктируется ЭДС вращения е_вр. Эта ЭДС может иметь согласное или встречное направление с реактивной ЭДС.

Т.о. в коммутируемой секции создается результирующая ЭДС е= е_р е_вр. Эта ЭДС создает добавочный ток коммутации i _д . Если в момент коммутации, когда секция выходит из- под щетки, ток i _д не достигнет нулевого значения, то происходит разрыв этого тока. При этом запасенная в контуре энергия освобождается и вызывает искрение.

Причиной появления потенциального искрения является повышение напряжения между соседними коллекторными пластинами. При неблагоприятных условиях оно может привести к аварийному явлению: круговому огню. Круговой огонь возникает при большой мощности машины. Круговой огонь представляет собой мощную дугу между коллектором и щетками разной полярности. При этом происходит короткое замыкание машины: ток резко возрастает, что приводит к повреждению коллектора и выводу машины из строя

. ВИДЫ КОММУТАЦИИ. СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЕ КОММУТАЦИИ

Различают 3 вида коммутации

1) прямолинейная коммутация. Происходит, если е=0. Для этого е_р в любой момент времени должна быть скомпенсирована ЭДС е_вр . Такое магнитное поле создается дополнительными полюсами. Изменение тока при этом происходит по линейному закону и поэтому коммутация называется прямолинейной

2) замедленная коммутация происходит когда е_р е_вр, а также когда е_вр совпадает по направлению с е_вр. Такая коммутация происходит при отсутствии дополнительных полюсов, когда при этом щетки установлены на геометрической нейтрале.

При замедленной коммутации реактивная ЭДС компенсируется не полностью (е_р— е_вр 0). Эта остаточная ЭДС вызывает дополнительный ток, который стремится задержать изменение тока в коммутируемой секции. Поэтому ток в секции изменяется медленно и в момент выхода из под щетки дополнительный ток не равен 0. Происходит разрыв тока и возникает искрение. Дополнительный ток называется током разрыва. Чем больше ток разрыва, тем сильнее искрение. Поэтому замедленный характер коммутации стараются избегать

3) ускоренная коммутация происходит, если е_вр е_р т.е. (е_р— е_вр 0). Такое поле наблюдается в машинах с сильными дополнительными полюсами. При этом также возникает дополнительный ток, но он направлен в противоположную сторону, чем при замедленной коммутации. Поэтому ток в коммутируемой секции изменяется быстрее, чем при прямолинейной коммутации. Но при сильно ускоренной коммутации возможно появление тока разрыва. Поэтому такая коммутация также нежелательна. Однако некоторое ускорение коммутации возможно. Это возможно, если дополнительный ток становится равным току активной ветви до завершения коммутации. Тогда в момент коммутации ток разрыва =0 и вероятность искрения уменьшается.

Существует 2 способа улучшения коммутации:

1)уменьшением суммарной ЭДС

2)увеличением сопротивления коммутируемой секции.

В обоих случаях происходит уменьшение дополнительного тока и снижение искрения ( i _д =е/ r _щ )

Улучшение коммутации путем увеличения сопротивления коммутируемой секции происходит за счет изменения сопротивления щеток. Сопротивление секции состоит из сопротивления самой секции, сопротивления проводников, соединяющих секцию с коллектором и переходным сопротивлением щеточного контакта. Первые 2 сопротивления незначительны и их можно не учитывать. Поэтому уменьшение тока достигается увеличением сопротивления щеток. Для этого применяют щетки с повышенным значением переходного сопротивления, которые выполняются из графита с примесями. Электрические свойства щеточного контакта определяются переходным падением напряжения Δ U_щ. Чем тяжелее условия пуска, тем большее значение Δ U_щ выбирается. Металлические щетки имеют малое переходное напряжение и поэтому в машинах ПТ не применяются. Но с увеличением Δ U_щ возрастают эл. потери в щеточном контакте, что ведет к снижению КПД. Поэтому применение щеток с необоснованно большим переходным падением напряжения нежелательно. Подбор щеток производят на заводе- изготовителе при настройке коммутации.

Улучшение коммутации путем снижения суммарной ЭДС можно произвести или снижением реактивной ЭДС, или созданием коммутирующего поля.

Улучшение коммутации снижением реактивной ЭДС применяют для машин не имеющих дополнительных полюсов. Существует несколько способов

1) уменьшение числа витков в секции. При этом необходимо увеличить число секций

2) уменьшение длины якоря, увеличив при этом его диаметр

3) уменьшением частоты вращения машины за счет увеличения ее мощности

Все эти способы учитываются при проектировании машины

Для улучшения коммутации созданием коммутирующего поля необходимо произвести компенсацию реактивной ЭДС, т.е. создать такое поле, в котором

е_вр ≥ е_р и имела бы противоположное направление. Такое поле называется коммутирующим. Получить такое поле можно 2 способами:

1)сдвигом щеток с геометрической нейтрали

2) с помощью дополнительных полюсов

При первом способе щетки сдвигают т.о., чтобы коммутируемые секции располагались в зоне главных полюсов. Чтобы е_вр была направлена навстречу е_р у генератора щетки сдвигают с геометрической нейтрали по направлению вращения якоря, а у двигателей- против вращения. Угол сдвига определяют визуально до прекращения искрения при определенном неизменном значении тока якоря.

1. компенсацию реактивной ЭДС можно получить только для одного значения тока якоря. При изменении значения тока пропорционально ему изменяется значение ЭДС и компенсации не будет

2. Этот способ не применяется для машин работающих с переменной частотой вращения

Наиболее часто применяется создание коммутирующего поля с помощью дополнительных полюсов. Эти полюса располагаются между основными по линиям геометрической нейтрали. Обычно число дополнительных полюсов равно главным.

Магнитное поле дополнительных полюсов создается катушками, расположенными на сердечниках. Катушки соединяются между собой, образуя обмотку возбуждения дополнительных полюсов. Полярность дополнительных полюсов выбирается т.о., чтобы его ЭДС была направлена навстречу реактивной ЭДС.

Чтобы компенсация происходила при любых значениях тока обмотка доп. полюсов включается последовательно с обмоткой якоря.