13. Линейная коммутация в машинах постоянного тока

Если сумма ЭДС Σе=0, то составляющая i_Д =0. В этом случае ток коммутации i_к = i_л линейно изменяется во времени от значения i_а (при t =0) до -i_а (при t = Т_к) и проходит через нуль при t = Т_к/2. Такая коммутация называется линейной. Графическое изображение тока в секции при линейной коммутации представляет собой прямую линию.

Плотность тока под набегающим краем щетки

Плотность тока под сбегающим краем щетки

Плотность тока под набегающим и сбегающим краями щетки пропорциональна тангенсам углов наклона α₂ и α₁. При линейной коммутации α₂= α₁, поэтому плотности тока одинаковы (j₂= j₁). В результате коммутация проходит без искрения.

14. Замедленная коммутация в машинах постоянного тока

Если в области, где расположены коммутируемые секции, нет магнитного потока, то ЭДС вращения равна нулю е_вн=0 и Σе представляет собой не скомпенсированную ЭДС само- и взаимоиндукций коммутируемых секций. ЭДС самоиндукции создает в короткозамкнутой секции ток i_Д, замедляющий процесс. В результате этого коммутация становится замедленной.

Ток проходит через нуль при t >Т_к/2. При замедленной коммутации α₁>α₂, поэтому плотность тока под сбегающим краем щетки больше, чем под набегающим (j₁> j₂). Замедление процесса коммутации может вызывать искрение при разрыве цепи секции, когда коллекторная пластина 1 отходит от щетки.

15. Ускоренная коммутация в машинах постоянного тока

Для компенсации ЭДС само- и взаимоиндукций коммутируемых секций необходимо создать поток, направленный в противоположную сторону по отношению к потоку реакции якоря. ЭДС вращения направлена встречно ЭДС самоиндукции и может ее скомпенсировать. При полной компенсации имеет место линейная коммутация. В случае перекомпенсации, когда ЭДС вращения больше, чем ЭДС само- и взаимоиндукции, добавочная составляющая тока i_Д ускоряет процесс.

Ток секции проходит нуль при t< Т_к/2. Такая коммутация называется ускоренной. Тогда α₁<α₂, а плотность тока под набегающим краем щетки больше, чем под сбегающим (j₁< j₂). На набегающем крае щетки может возникнуть искрение в момент замыкания секции, когда пластина 2 подходит к щетке.

На практике стремятся, чтобы коммутация была линейной или несколько ускоренной.

16. Способы улучшения коммутации в машинах постоянного тока

Основной причиной неудовлетворительной коммутации является наличие добавочного тока коммутации. Уменьшить добавочный ток и искрение под щетками можно уменьшением результирующей ЭДС Σе или увеличением сопротивлений r₁ и r₂.

Чрезмерное увеличение сопротивления щеток ведет к дополнительным потерям в щеточном контакте и к уменьшению КПД машины.

Создание специального компенсирующего поля в зоне коммутации для уменьшения ЭДС Σе является главным способом улучшения коммутации.

Компенсирующее поле можно создать смещением щеток за физическую нейтраль в сторону вращения у генераторов и против вращения у двигателей. В этом случае коммутируемые секции оказываются в зоне потока, индуктирующего ЭДС вращения, направленную против ЭДС само- и взаимоиндукции. Недостаток этого способа его непригодность для реверсивных машин и необходимость с изменением нагрузки сдвигать щетки в новое положение. Поэтому в настоящее время он применяется редко.

Наилучшим способом создания компенсирующего поля в зоне коммутации является установка в области межполюсного пространства дополнительных полюсов. Они располагаются между главными полюсами по линиям геометрических нейтралей.

Обмотка добавочных полюсов подключается последовательно обмотке якоря. Число витков обмотки добавочного полюса принимают несколько больше, чем необходимо для полной компенсации результирующей ЭДС Σе, чтобы коммутация была ускоренной.

Сердечники добавочных полюсов выполнены массивными. Они работают в ненасыщенном режиме. Число добавочных полюсов обычно равно числу главных полюсов, у машин небольшой мощности их число может быть уменьшено в 2 раза. Воздушный зазор под добавочными полюсами увеличен по сравнению с зазором под главными полюсами с целью уменьшения насыщения.

Полярность каждого из добавочных полюсов выбирается так, чтобы наводимая его полем ЭДС была направлена встречно ЭДС само- и взаимоиндукции коммутируемой секции.

Дополнительные полюсы компенсируют реакцию якоря только в межполюсном пространстве. Под полюсными наконечниками реакция якоря остается не скомпенсированной и искажает магнитное поле, что приводит к резкой разнице между наведенной в разных секциях обмотки ЭДС. Это приводит к искрению под щетками. Для уменьшения искрения применяют компенсационную обмотку. Она удорожает машину, поэтому применяется в машинах, предназначенных для тяжелых условий работы и в машинах большой мощности.

В микромашинах компенсационная обмотка и добавочные полюса не применяются.