Spínanie v jednosmerných strojoch

Prepínanie v strojoch na jednosmerný prúd sa chápe ako jav spôsobený zmenou smeru prúdu vo vodičoch vinutia kotvy, keď sa pohybujú z jednej paralelnej vetvy do druhej, to znamená pri prekročení čiary, pozdĺž ktorej sú kefy umiestnené ( od latinské commulatio — zmena). Uvažujme o jave komutácie na príklade prstencovej armatúry.

Na obr. 1 je znázornený sken časti vinutia kotvy pozostávajúcej zo štyroch drôtov, časti kolektora (dve kolektorové dosky) a kefy. Drôty 2 a 3 tvoria spínanú slučku, ktorá na obr. 1 je znázornené a v polohe, ktorú zaujíma pred prepnutím, na obr. 1, c — po prepnutí a na obr. 1, b — počas obdobia prechodu. Zberač a vinutie kotvy sa otáčajú v smere šípky rýchlosťou otáčania n, kefa je nehybná.

V okamihu pred prepnutím prechádza prúd kotvy Iya cez kefu, pravú kolektorovú dosku a je rozdelený na polovicu medzi paralelné vetvy vinutia kotvy. Drôty 1, 2 a 3 a vodič 4 tvoria rôzne paralelné vetvy.

Po prepnutí sa vodiče 2 a 3 prepli na ďalšiu paralelnú vetvu a smer prúdu v nich sa zmenil na opačný. Táto zmena nastala v čase, ktorý sa rovná perióde spínania Tk, t.j. za čas, za ktorý sa kefa presunie z pravej dosky na susednú ľavú (kefa v skutočnosti prekrýva niekoľko kolektorových dosiek naraz, ale v zásade to nemá vplyv na proces prepínania) ...

Ryža. 1. Schéma aktuálneho procesu spínania

Jeden z momentov spínacej periódy je znázornený na obr. 1, b. Okruh, ktorý sa má prepnúť, sa ukáže ako skrat z kolektorových dosiek a kefy. Pretože počas komutačnej periódy dochádza v slučke 2-3 k zmene smeru prúdu, znamená to, že slučkou preteká striedavý prúd, ktorý vytvára striedavý magnetický tok.

Ten indukuje e) v spínanej slučke. atď. samoindukčný eL alebo reaktívny e. atď. v. Podľa Lenzovho princípu napr. atď. c) samoindukcia má tendenciu udržiavať prúd v drôte v rovnakom smere. Preto sa smer eL zhoduje so smerom prúdu v slučke pred prepnutím.

Pod vplyvom e atď. c) samoindukcia v skrate 2-3, tečie veľký dodatočný prúd id, pretože odpor slučky je malý. V mieste kontaktu kefy s ľavou doskou je id prúd nasmerovaný proti prúdu kotvy a v mieste kontaktu kefy s pravou doskou sa smer týchto prúdov zhoduje.

Čím bližšie ku koncu spínacej periódy, tým menšia je kontaktná plocha kefy s pravou doskou a tým vyššia je hustota prúdu. Na konci spínacej periódy sa preruší kontakt kefy s pravou doskou a vytvorí sa elektrický oblúk.Čím vyššie je ID prúdu, tým silnejší je oblúk.

Ak sú kefy umiestnené na geometrickom neutráli, potom v spínanom obvode magnetický tok kotvy indukuje napr. atď. proti rotácii Hebr. Na obr. 2 znázorňuje vo zväčšenej mierke vodiče spínanej slučky umiestnené na geometrickom neutráli a smer e. atď. c) vlastná indukčnosť eL generátora, ktorá sa zhoduje so smerom prúdu kotvy v tomto vodiči pred prepnutím.

Smer Heb je určený pravidlom pravej ruky a vždy sa zhoduje so smerom eL. V dôsledku toho sa id ešte viac zvyšuje. Výsledný elektrický oblúk medzi kefou a kolektorovou doskou môže zničiť povrch kolektora, čo má za následok zlý kontakt medzi kefou a kolektorom.

Ryža. 2. Smer elektromotorickej sily v komutačnej slučke

Na zlepšenie podmienok spínania sú kefy posunuté do fyzickej neutrality. Keď sú kefy umiestnené na fyzickom neutrále, cievka, ktorá je súčasťou balenia, neprechádza vonkajším magnetickým tokom a napr. atď. v. rotácia nie je vyvolaná. Ak presuniete kefy za hranicu fyzickej neutrality, ako je znázornené na obr. 3, potom v spínanej slučke bude výsledný magnetický tok indukovať napr. atď. s ek, ktorého smer je opačný ako smer e. atď. v. samoindukcia eL.

Týmto spôsobom bude kompenzovaný nielen e. atď. rotácia, ale aj e. atď. v. samoindukcia (čiastočná alebo úplná). Ako už bolo spomenuté, šmykový uhol fyzického neutrálu sa neustále mení, a preto sú kefy zvyčajne namontované s určitým priemerným uhlom.

Zníženie e. atď. sv obsiahnutej slučke vedie k zníženiu id prúdu a oslabeniu elektrického výboja medzi kefou a kolektorovou doskou.

Spínacie podmienky je možné zlepšiť inštaláciou prídavných pólov (Ndp a Sdn na obr. 4). Prídavný pól je umiestnený pozdĺž geometrického neutrálu. Pre generátory je prídavný pól s rovnakým názvom umiestnený za hlavným pólom v smere otáčania kotvy a pre motor - naopak. Vinutia prídavných pólov sú zapojené do série s vinutím kotvy tak, že nimi vytvorený tok Fdp smeruje k toku kotvy Fya.

Ryža. 3. Smer elektromotorickej sily v spínacej slučke, keď sú kefky posunuté za fyzikálny neutrál

Ryža. 4. Schéma zapojenia vinutia prídavných pólov

Keďže oba toky sú vytvárané jediným prúdom (prúd kotvy), je možné zvoliť počet závitov vinutia prídavných pólov a vzduchovú medzeru medzi nimi a kotvou tak, aby boli toky na každej kotve rovnaké. prúd . Tok pomocného pólu bude vždy kompenzovať tok kotvy a teda napr. atď. v spínanej slučke nebude rotácia.

Prídavné póly sú zvyčajne vyrobené tak, že ich tok indukuje e v spínanom obvode. d. s rovný súčtu eL + Heb. Potom v momente oddelenia kefy od pravej zbernej dosky (pozri obr. 1, c) nevznikne elektrický oblúk.

Priemyselné jednosmerné stroje s výkonom 1 kW a viac sú vybavené prídavnými pólmi.