Spínání ve stejnosměrných strojích

Spínáním u stejnosměrných strojů se rozumí jev způsobený změnou směru proudu ve vodičích vinutí kotvy při jejich pohybu z jedné paralelní větve do druhé, to znamená při překročení linie, podél které jsou kartáče umístěny ( od latinské commulatio — změna). Uvažujme jev komutace na příkladu prstencové armatury.

Na Obr. 1 ukazuje sken části vinutí kotvy sestávající ze čtyř drátů, části kolektoru (dvě kolektorové desky) a kartáče. Vodiče 2 a 3 tvoří spínanou smyčku, která na Obr. 1 je znázorněno a v poloze, kterou zaujímá před přepnutím, na Obr. 1, c — po přepnutí a na Obr. 1, b — během přepínacího období. Sběrač a vinutí kotvy se otáčí ve směru šipky rychlostí n, kartáč je nehybný.

V okamžiku před přepnutím prochází proud kotvy Iya kartáčem, pravou kolektorovou deskou a je rozdělen na polovinu mezi paralelní větve vinutí kotvy. Vodiče 1, 2 a 3 a vodič 4 tvoří různé paralelní větve.

Po přepnutí se vodiče 2 a 3 přepnuly ​​na další paralelní větev a směr proudu v nich se změnil na opačný. Tato změna nastala v čase rovném spínací periodě Tk, tzn. za dobu, za kterou se kartáč přesune z pravé desky na sousední levou (kartáč ve skutečnosti překrývá několik kolektorových desek najednou, ale to v zásadě neovlivňuje proces přepínání) ...

Rýže. 1. Schéma aktuálního spínacího procesu

Jeden z momentů spínací periody je znázorněn na Obr. 1, b. Spínaný obvod se ukáže jako zkrat mezi kolektorovými deskami a kartáčem. Protože během komutační periody dochází ve smyčce 2-3 ke změně směru proudu, znamená to, že smyčkou protéká střídavý proud, který vytváří střídavý magnetický tok.

Ten indukuje e. Ve spínané smyčce. atd. v. samoindukční eL nebo reaktivní e. atd. v. Podle Lenzova principu nap. atd. c. samoindukce má tendenci udržovat proud v drátu ve stejném směru. Proto se směr eL shoduje se směrem proudu ve smyčce před přepnutím.

Pod vlivem e. atd. c. samoindukce ve zkratu 2-3, teče velký přídavný proud id, protože odpor smyčky je malý. V místě kontaktu kartáče s levou deskou je id proud nasměrován proti proudu kotvy a v místě kontaktu kartáče s pravou deskou se směr těchto proudů shoduje.

Čím blíže ke konci spínací periody, tím menší je kontaktní plocha kartáče s pravou deskou a tím vyšší je proudová hustota. Na konci spínací periody se přeruší kontakt kartáče s pravou deskou a vznikne elektrický oblouk.Čím vyšší je ID proudu, tím silnější je oblouk.

Pokud jsou kartáče umístěny na geometrickém neutrálu, pak ve spínaném obvodu indukuje magnetický tok kotvy např. atd. v. rotace Hebr. Na Obr. 2 ukazuje ve zvětšeném měřítku vodiče spínané smyčky umístěné na geometrickém neutrálu a směr e. Obr. atd. c. vlastní indukčnost eL pro generátor, která se shoduje se směrem proudu kotvy v tomto vodiči před přepnutím.

Směr Heb je určen pravidlem pravé ruky a vždy se shoduje se směrem eL. V důsledku toho se id ještě zvyšuje. Výsledný elektrický oblouk mezi kartáčem a kolektorovou deskou může zničit povrch kolektoru, což má za následek špatný kontakt mezi kartáčem a kolektorem.

Rýže. 2. Směr elektromotorické síly v komutační smyčce

Pro zlepšení spínacích podmínek jsou kartáče posunuty do fyzické neutrality. Když jsou kartáče umístěny na fyzickém neutrálu, přiložená cívka neprotíná vnější magnetický tok a např. atd. v. rotace není vyvolána. Pokud přesunete kartáče za fyzickou neutralitu, jak je znázorněno na obr. 3, pak ve spínané smyčce bude výsledný magnetický tok indukovat e. atd. s ek, jehož směr je opačný než směr e. atd. v. samoindukční eL.

Tímto způsobem nejen e. Bude kompenzováno. atd. v. rotace, ale i e. atp. v. samoindukce (částečně nebo úplně). Jak již bylo zmíněno dříve, střihový úhel fyzického neutrálu se neustále mění, a proto jsou kartáče obvykle namontovány přesazeně v nějakém průměrném úhlu k němu.

Snížení e. atd. sv zahrnuté smyčce vede ke snížení id proudu a zeslabení elektrického výboje mezi kartáčem a sběrnou deskou.

Spínací podmínky je možné zlepšit instalací dalších pólů (Ndp a Sdn na obr. 4). Přídavný pól je umístěn podél geometrického neutrálu. U generátorů je přídavný pól stejného jména umístěn za hlavním pólem ve směru otáčení kotvy a pro motor - naopak. Vinutí přídavných pólů jsou zapojena do série s vinutím kotvy tak, že jimi vytvářený tok Fdp směřuje k toku kotvy Fya.

Rýže. 3. Směr elektromotorické síly ve spínací smyčce, když jsou kartáče posunuty za fyzický neutrál

Rýže. 4. Schéma zapojení vinutí přídavných pólů

Vzhledem k tomu, že oba toky jsou vytvářeny jediným proudem (proud kotvou), je možné volit počet závitů vinutí přídavných pólů a vzduchovou mezeru mezi nimi a kotvou tak, aby byly toky na každé kotvě stejné. aktuální . Tok pomocného pólu bude vždy kompenzovat tok kotvou a tím e. atd. v. ve spínané smyčce nedojde k žádné rotaci.

Přídavné póly jsou obvykle vyrobeny tak, že jejich tok indukuje e ve spínaném obvodu. d. s rovno součtu eL + Heb. Poté v okamžiku oddělení kartáče od pravé kolektorové desky (viz obr. 1, c) nevznikne elektrický oblouk.

Průmyslové stejnosměrné stroje o výkonu 1 kW a více jsou vybaveny přídavnými póly.