10_Коммутация в машинах постоянного тока

Коммутация в машинах
постоянного тока
Электронный учебник по Эл. машинам МЭИ
http://elmech.mpei.ac.ru/em/index.html
Под коммутацией в собственном смысле этого слова
понимают переключение секции из одной ветви обмотки
якоря в другую и происходящее при этом изменение тока в
ней с одного направления на другое.
Под коммутацией в широком смысле слова понимаются
все явления и процессы, возникающие под щеткой при
работе машины.
Говорят, что у машины хорошая коммутация, если нет
искрения
под щетками,
плохая коммутация, если под
Механические
причины иискрения:
щетками возникает искрение.
•"эллиптичность" коллектора,
•плохая стяжка пластин коллектора,
•выступанием в отдельных местах слюды над
коллекторными пластинами и пр.
Под коммутацией понимают переключение секции из
I
a
I
a
одной ветви обмотки якоря в другую и происходящее при
N
S
этом изменение тока в ней с одного направления на
другое.
Под коммутацией так же понимают все явления и
процессы, возникающие под щеткой при работе машины.
Говорят, что
у машины
хорошая
коммутация,
если нет
Рассмотрим
вначале
изменение
тока
в секции обмотки
искрения
под
щетками,Когда
и плохая
коммутация,
под
якоря
при его
вращении.
секция
находитсяесли
в одной
щетками возникает
искрение.
параллельной
ветви, то
за время прохождения ею
полюсного деления ток в ней сохраняет свое значение:
Ia
ia 
2a

Ток ветви (ia) изменяется с одного
b
2
щ
направления на другое за время коммутации
T


k
Тк (- периодом коммутации; время замыкания
v

K
k
ее щеткой)

Электрические причины искрения
ia
ia
i2 = Ia - i конец коммутации
и1
момент,
пластина
(-э.д.с
I a  i) . когда
rсамоиндукции

(
I

i
)

r
e
1
a
2
взаимной
индукции
отойдет от
щетки.
i
i1
i2
12
r1 (S1)
начало
i1*r1 коммутации
– i2*r2 = eсоприкосновение
края
e — э.д.с.,
в
секции,
i
1пластиной
=
I
a + i 2
щетки
с
складывается из:
Ia
r r
e
ii

.
r r r r
- э.д.с.от
поля,
2 внешнего
1
a
имеющего
место в
1
2 зоне
1
2
коммутационной
r1 S 2
 .
r2 (S2) r2 S1
r1
t

.
r2 Tк  t
сопротивления переходных контактов сбегающего и набегающего
краев щетки - r1 и r2, S1 и S2 – площади соприкосновения
Прямолинейная коммутация.
• Если сумма э.д.с., наведенных в секции
равна нулю: e = 0.

2t 
i  ia 1  .
Tк 

r2  r1
i  ia
.
r1  r2
i
ia
ia
Tk
t
При прямолинейной коммутации плотность тока под щеткой
в любой момент времени распределена равномерно.
Замедленная коммутация
Примем, что в коммутационной зоне нет внешнего поля
(например, при положении щеток на физической нейтрали).
Согласно закону Ленца она будет задерживать
визменение
коммутируемой
секции
будут иметь
место
тока. Ток
i вследствие
этого
будеттолько э.д.с.
проходить нулевое
значение
позже,
чем при
самоиндукции
и э.д.с.
взаимной
индукции
- eR di
di
прямолинейной коммутации. Такая
eR коммутация
 ( L  M )  LR .
dt
dt
называется замедленной.
i
ia
i
a
t
При замедленной коммутации плотность тока на сбегающем
Tkпроисходит выгорание (искрение)
крае щетки возрастает –
щетки при разрыве цепи в момент, когда коллекторная
пластина 1 отходит от щетки.
Ускоренная коммутация
Полярность
Электродвижущая
внешнего сила,
поля устанавливается
наведенная в коммутируемой
таким образом,
чтобы
секции
ек была
внешним
направлена
полем, называется
против еR. Тогда
коммутирующей
суммарная- ек.
e = ек - еR
э.д.с.:
Если
ек > еR, то процесс изменения тока i ускоряется
i
ia
ia
t
T
k
При ускоренной коммутации перегружается током
набегающей край щетки.
Электродвижущие силы
коммутируемой секции
di
di
eR  ( L  M )  LR .
dt
dt
 wciwc 6 2
LR  
 R  wc  R ,
 i
ai
eR  2  wC  A  l    v  10
B
где ψ и wс — потокосцепление секции и ее число витков;
ΛR — расчетная магнитная проводимость
 R  2  l    10
6
Коэффициент ξ может быть определен опытным путем. Его
значение для машин с открытыми пазами ξ = 3,7÷6, для
машин с полузакрытыми пазами на якоре ξ = 6÷9;
Электродвижущие силы
коммутируемой секции
Коммутирующая э.д.с., наведенная в коммутируемой
секции внешним полем: (Э.Д.С. в проводнике)
eK  2  wC  BK  l  va ; B
Магнитный поток, созданный реакцией якоря,
направлен таким образом, что коммутирующая ЭДС и
собственная ЭДС секции суммируются:
e  eR  eK
Способы улучшения
коммутации
Ток коммутации i можно считать состоящим из тока
прямолинейной коммутации iпр
r2  r1
iпр  ia
r1  r2
И накладывающегося на него
добавочного тока iдоб.
iдоб
e

r1  r2
Способы улучшения коммутации
основаны на уменьшении
добавочного тока iдоб.
Способы улучшения i  e
доб
r1  r2
коммутации
1. Добавочный ток уменьшается при увеличении
сопротивления
щеток.
r1 + r2, что достигается выбором
Стремятся
сумму
э.д.с.результирующая
сделать
равной
Чем
ожидаемая
э.д.с.
е, тем тверже
2. В больше
машинах
мощностью
не свыше
0,5нулю:
кВт
должны
быть щетки
,поле
так
как
создают
всчёт
переходном
контакте
коммутирующее
получают
реакции
якоря
е
=
e
Rони
+
e
к =за0.
относительно
большоещеток
сопротивление.
путём смещения
с геометрической нейтрали.
по вращению в генераторе и против вращения в двигателе.
3. В машинах больших мощностей для создания
коммутирующего поля применяются дополнительные
Под дополнительные полюса устанавливаются диамагнитные прокладки,
полюса.толщина
Их обмотка
соединяется последовательно с
которых(δДМ) подбирается с учётом необходимой
обмоткойнамагничивающей
якоря. При этом
индукция коммутирующего
силы (Fдп) дополнительных полюсов:
поля (Вком) увеличивается пропорционально току
FДП  I a  WДП     о  BКОМ (   ДМ )
якоря.
Система главных и дополнительных полюсов
электродвигателя НБ-418к
Классы коммутации