Коммутация: общие положения. Причины искрения на коллекторе, способы улучшения коммутации. Виды обмоток якоря. Потери и КПД машин постоянного тока, страница 2

называется реактивной ЭДС. Реактивная ЭДС стремится задержать изменение тока в коммутируемой секции, и по правилу Ленца ее направление совпадает с направлением тока в секции до момента коммутации.

Кроме реактивной ЭДС в коммутируемых секциях наводится ЭДС от внешнего поля, имеющегося в зоне, где располагаются эти секции (зоне коммутации). Чаще всего середина этой зоны  совпадает с геометрической   нейтралью машины. Внешнее поле создается или поперечной реакцией якоря, или дополнительными полюсами (см. § 44.6). При вращении якоря в этом поле в коммутируемой секции инду­цируется ЭДС е_BP, которую называют ЭДС вращения. В за­висимости от направления внешнего поля ЭДС е_BP может иметь согласное или встречное направление с реактивной ЭДС.

Таким образом, при работе машины в коммутируемой секции действует результирую­щая ЭДС, равная , которая создает ток i_Д, протекающий в контуре, обра­зованном секцией и щеткой (рис. 44.3). Ток i_Д называет­ся добавочным током комму­тации.

Рис.   44.3.   Добавочный   ток  в коммутируемой секции

Если в момент време­ни t=T_K, когда секция выхо­дит из состояния короткого за­мыкания щеткой, ток не дости­гает нулевого значения, то происходит разрыв этого тока. При этом запасенная в кон­туре электромагнитная энергия, равная , освобожда­ется и вызывает появление искр между щеткой и коллекто­ром. Интенсивность искрения зависит от запасенной в кон­туре электромагнитной энергии.

Таким образом, электромагнитная причина искрения имеет ту же природу, что и искрение при разрыве любой цепи с индуктивностью.

О потенциальном искрении говорилось в § 43.5. Причи­ной его появления является повышение напряжения между соседними коллекторными пластинами, что при неблаго­приятных условиях может привести к аварийному явле­нию - круговому огню на коллекторе.

Щеточный контакт и его характеристики

На коммутационный процесс в машинах постоянного тока существенное влияние оказывает переходное сопротив­ление контакта между щеткой и медным коллектором. Механизм прохождения тока в этом контакте отличается большой сложностью, зависит от целого ряда факторов и в настоящее время не является вполне ясным. Считается, что ток между щеткой и коллектором может одновременно проходить различными путями, основными из которых яв­ляются: 1) точки непосредственного механического контак­та; 2) пылевые зоны; 3) ионная проводимость; 4) пробой, образующейся на коллекторе пленки; 5) полупроводящий запирающий слой этой пленки.

Доля участия в прохождении тока через контакт между щеткой и коллектором этих пяти видов проводимостей за­висит от условий работы и материала контактирующих по­верхностей.

При расчетах, связанных с учетом электрических свойств щеточного контакта (коммутация, потери), обычно используются вольтамперные ха­рактеристики. Вольтампер­ная характеристика пред­ставляет собой зависимость переходного падения напря­жения в контакте  от средней плотности тока в щетке I_Щ. Типичный вид та­кой характеристики показан на рис. 44.4 (кривая 1).

Вольтамперная характе­ристика может быть получе­на отдельно для щетки, име­ющей отрицательную поляр­ность (катодной), и щетки, имеющей положительную полярность (анодной).

Рис. 44.4. Характеристики щеточ­ного контакта

Однако чаще всего переходное па­дение напряжения дается на пару щеток  разное сумме переходных падений напряжений под отрицатель­ными и положительными щетками.

Как видно из рис. 44.4, характеристика  при малых плотностях тока линейна, а затем рост  сильно замедляется. Соответственно переходное сопротивление щеточного контакта с ростом плотности тока уменьшается [(кривая 2 на рис. 44.4).

Отметим, что на  сильное влияние оказывают давле­ние на щетку, температура коллектора, состояние окружа­ющей атмосферы и др. Все это вызывает нестабильность вольтамперной характеристики.

В машинах постоянного тока находят применение электрографитированные, графитные, угольно-графитные щет­ки. Значение  (на пару щеток) у них лежит в пределах 1,5-3 В. Для низковольтных   машин применяют металлографитные щетки с  В.

Уравнение коммутационного процесса.

Виды коммутации