3.7.2. Прямолинейная коммутация

Прямолинейная коммутация происходит тогда, когда добавочный ток (r_доб) равен нулю.

Ток в коммутируемой секции равен

i=i_a,=, (1)

где S₁ - площадь соприкосновения пропорциональная времени оставшегося до конца коммутации - Т_к–t;

S₂ - площадь соприкосновения пропорциональная времени от начала коммутации - t.

Разделим уравнение (1) на r₂

I=i_a=i_a,==

Заменим отношение на.

I=i_a, после преобразования получим закон изменения тока прямолинейной коммутации, ток в коммутируемой секции. Графически это будет прямая линия.

На рис.60 на момент времени t показаны токи i₁, i₂ и i. Эта коммутация самая хорошая, так как плотность тока под щеткой равномерно распределяется под обеими частями щетки.

Рис. 60.

tg ₂=

tg ₁=

т.к. ₁=₂, то tg ₁=tg ₂, а, следовательно, ₁=₂ (  плотность тока).

3.7.3. Замедленная коммутация

Так как период коммутации составляет тысячные доли секунды, то от скорости изменения тока в коммутируемой секции наводится ЭДС самоиндукции . Кроме того, в пазу располагается другая активная сто­рона другой секции, которая коммутирует под другим полюсом. Ток этой секции наведет ЭДС взаимоиндукции впервой коммутируемой секции. Обе эти ЭДС по природе одинаковы, поэтому объединим их в одну и назовем реактивной ЭДС e_r.

Кроме того, в коммутируемой секции от внешнего поля наведется ЭДС  e_k. (e_k  ЭДС от внешнего поля или коммутирующая ЭДС). ЭДС e_r и e_k вызовут в секции добавочный ток , где r₁+r₂  общее сопротивление под щеткой. Характер тока будет определяться характером суммарного значения ЭДС e. Конечно, e тоже меняется, но мы будем брать среднее значение и считать, что e будет постоянной.

Посмотрим, как будет изменяться добавочный ток i_доб и сопротивление r₁+r₂ за период коммутации. Исходя из соотношения

, откуда . Аналогично,, откуда. Так как s_щT_k, а s₂t, s₁T_kt, то r₁+r₂=r_щ.

При t=0, r₁+r₂=, i_доб =0

t=T_k, r₁+r₂=, i_доб=0

t=T_k/2, r₁+r₂=4r_щ, i_доб 0.

На рис.61 представлено изменение суммы сопротивлений r₁+r₂ добавочному току. Видим, что при t=T_k/2 добавочный ток имеет наибольшее значение.

Рис. 61.

Результирующий ток в коммутируемой секции состоит из тока прямолинейной коммутации (пунктирная прямая) и добавочного тока. Так как при замедленной коммутации преобладает реактивная ЭДС, то процесс коммутации замедляется, т.е. ток в секции изменяет направление позже, чем при прямолинейной коммутации . При замедленной коммутации e_re_k и добавочный ток i_доб увеличивает ток i₁ и уменьшает ток i₂, рис.62.

Рис. 62.

Поэтому равномерное распределение тока под щеткой будет нарушено. Плотность тока на сбегающей части щетки возрастает, и искрение будет наблюдаться на этой части щетки. Замедленная коммутация – это наихудший вид коммутации.

3.7.4. Ускоренная коммутация

Ток, при ускоренной коммутации e_ke_r, т.е. ЭДС от внешнего поля больше реактивной ЭДС и добавочный ток изменит свое направление, что приведет к изменению тока в коммутируемой секции раньше, чем через t =T_k/2, рис.63 (коммутация криволинейная).

Рис. 63.

При ускоренной коммутации ток в секции i₂ возрастает, а i₁ уменьшится. Ток в секции i уменьшится.

Плотность тока на набегающей части щетки возрастает, и искрение будет наблюдаться на этой части щетки, рис.64. Равномерное распределение тока под щеткой также будет нарушено. Этот вид коммутации также неблагоприятный. Иногда специально настраивают коммутацию на ускоренную.

Рис. 64.

При ускоренной коммутации искрение более вероятное на набегающей части щетки. При наладке коммутации стремятся приблизить криволинейную коммутацию к прямолинейной.