Замедленная и ускоренная коммутация

Основной ток коммутации изменяется во времени по линейному закону и изменяет свой знак в середине процесса коммутации, рис. 2. Такая коммутация называется прямолинейной.

Добавочный ток коммутации равен нулю в начале и конце процесса, так как в эти моменты одно из сопротивлений щёточного контакта становится бесконечно большим.

Рис. 3. в — замедленная коммутация; г — ускоренная коммутация

Знак добавочного тока (его направление) определяется знаком суммарной ЭДС. Если > 0, то добавочный ток коммутации положительный, т. е. имеет то же направление, что и ток i до наступления процесса коммутации. Он препятствует изменению направления тока в секции. Теперь ток изменяет свой знак позже, и коммутация называется замедленной. В случае < 0 полный ток изменяет свой знак раньше середины процесса, делая коммутацию ускоренной.

При замедленной коммутации повышается плотность тока на сбегающем краю щётки, в зоне S_щ1, а при ускоренной — на набегающем краю, в зоне S_щ2. Более опасным является первый случай, так как на этом краю существуют благоприятные условия (ионизация и др.) для образования искры, которая будет тянуться за уходящей от щётки коллекторной пластиной. Если искра (дуга) будет тянуться за пластиной до тех пор, пока эта пластина не достигнет щётки противоположной полярности, то может наступить аварийная ситуация, когда возникнет- дуга между щётками разной полярности. Дуга может опираться на вращающиеся промежуточные коллекторные пластины. Такое явление носит название «круговой огонь по коллектору». Оно приводит к выходу машины из строя. Таким образом, замедленная коммутация опасна и плоха, и с ней следует бороться. При ускоренной коммутации большая плотность тока под набегающим краем щётки менее опасна, поскольку там нет таких хороших условий для образования искры. Безыскровое замыкание индуктивного контура происходит всегда значительно легче, чем его размыкание. Навстречу коллекторной пластине искры, как правило, не проскакивают. Слегка ускоренная коммутация наиболее благоприятная.

Эдс в коммутируемой секции

1) ЭДС самоиндукции: – препятствует изменению тока в контуре

2) ЭДС взаимоиндукции: – при одновременной коммутации нескольких секций

e_L+e_M=e_r – реактивная ЭДС

3) ЭДС от поля поперечной реакции коря (поддерживает ток прежнего направления)

e_aq>0.

Для борьбы с этими ЭДС в контуре секции создают компенсирующую их ЭДС, которая пропорциональная току якоря. И e_k>e_r.

Способы улучшения коммутации

1) Создание компенсирующей ЭДС;

2) Уменьшение реактивной ЭДС (уменьшить скорость вращения якоря, уменьшить линейную плотность тока якоря, уменьшить расчётную длину якоря);

3) Увеличение сопротивления цепи коммутирующей секции;

4) Установка добавочных полюсов (поток добавочных полюсов направлен против потока поперечной реакции якоря);

5) Сдвинуть щётки, тем самым уменьшив поперечную реакцию якоря.

7. Генераторы постоянного тока (гпт), виды генераторов

По способу возбуждения генераторы подразделяются на:

1) генераторы с независимым возбуждением:

• С эл/м возбуждением (ОВ питается от постороннего источника постоянного тока);

• Магнитоэлектрические генераторы с индукторами в виде постоянных магнитов.

2) генераторы с самовозбуждением (ОВ питается эл. энергией, вырабатываемой самим генератором):

• генераторы с параллельным возбуждением;

• генераторы с последовательным возбуждением;

• генераторы со смешанным возбуждением.

Выводы параллельной и независимой обмоток возбуждения обозначаются III₁ и Ш₂, а выводы последовательной обмотки С₁ и С₂. Чаще эти обмотки включаются согласно, тогда их магнитные потоки складываются. Этот потоку будет нивелировать размагничивающее действие реакции якоря. Если потоки встречны, то они вычитаются и это встречное включение.

Потери:

1) Эл. потери в обмотках:

2) Магнитные потери в сердечнике якоря (вихревые токи и гистерезис):

где р_уд — удельные потери, т.е. потери в 1 кг материала при частоте перемагничивания 50 Гц и индукции В₀,

G_c — вес стали, В — индукция, при которой необходимо знать потери,

f — рабочая частота перемагничивания стали.

3) Механические потери ( возникают при трении щёток о коллектор, трения в подшипниках и от трения вращающегося якоря о воздух)

4) Добавочные потери (потери, вызванные вторичными явлениями при нагрузке. Эти потери связаны с вихревыми токами в крепёжных деталях, с искажением поля при нагрузке и перераспределением магнитного потока в зубцах якоря):

где р_дбн равно 1% от номинальной мощности для машин без компенсационной обмотки и равными 0,5% для машин с компенсационной обмоткой.

Энергетическая диаграмма:

где p_в – потери на волну (пренебрежимо малы)

Мощность ГПТ: