Schakelen in DC-machines

Schakelen in DC-machines wordt begrepen als een fenomeen dat wordt veroorzaakt door een verandering in de richting van de stroom in de draden van de ankerwikkeling wanneer ze van de ene parallelle tak naar de andere gaan, dat wil zeggen bij het overschrijden van de lijn waarlangs de borstels zich bevinden ( van het Latijnse commulatio — verandering). Laten we het commutatieverschijnsel eens bekijken aan de hand van het voorbeeld van een ringanker.

In afb. 1 toont een scan van een deel van de ankerwikkeling bestaande uit vier draden, een deel van de collector (twee collectorplaten) en een borstel. Draden 2 en 3 vormen een geschakelde lus, die in Fig. 1 is a weergegeven in de positie die deze inneemt voor het schakelen, in Fig. 1, c - na het schakelen, en in Fig. 1, b — tijdens de overstapperiode. De collector en de ankerwikkeling draaien in de richting van de pijl met een rotatiesnelheid n, de borstel staat stil.

Op het moment voor het schakelen gaat de ankerstroom Iya door de borstel, de rechter collectorplaat en wordt in tweeën gedeeld tussen de parallelle takken van de ankerwikkeling. Draden 1, 2 en 3 en draad 4 vormen verschillende parallelle takken.

Na het schakelen schakelden de draden 2 en 3 over naar een andere parallelle tak en de richting van de stroom daarin veranderde in de tegenovergestelde richting. Deze verandering vond plaats in een tijd gelijk aan de schakelperiode Tk, d.w.z. in de tijd die de borstel nodig heeft om van de rechterplaat naar de aangrenzende linkerplaat te bewegen (eigenlijk overlapt de borstel meerdere collectorplaten tegelijk, maar in principe heeft dit geen invloed op het schakelproces) ...

Rijst. 1. Schema van het huidige schakelproces

Een van de momenten van de schakelperiode is weergegeven in Fig. 1, geb. De te schakelen schakeling blijkt een kortsluiting te zijn van de collectorplaten en de borstel. Aangezien er tijdens de commutatieperiode een verandering in de richting van de stroom in de lus 2-3 is, betekent dit dat er een wisselstroom door de lus vloeit, waardoor een wisselende magnetische flux ontstaat.

De laatste induceert e. In de geschakelde lus. enz. v. zelfinductie eL of reactief e. enz. v. Volgens het principe van Lenz, b.v. enz. c) zelfinductie heeft de neiging om de stroom in de draad in dezelfde richting te houden. Daarom valt de richting van eL samen met de richting van de stroom in de lus voordat wordt geschakeld.

Onder invloed van e.enz. c) zelfinductie in kortsluiting 2-3, er vloeit een grote extra stroom id, aangezien de lusweerstand klein is. Op het contactpunt van de borstel met de linkerplaat wordt de id-stroom tegen de ankerstroom gericht en op het contactpunt van de borstel met de rechterplaat valt de richting van deze stromen samen.

Hoe dichter bij het einde van de schakelperiode, hoe kleiner het contactoppervlak van de borstel met de rechterplaat en hoe hoger de stroomdichtheid. Aan het einde van de schakelperiode wordt het borstelcontact met de rechterplaat verbroken en ontstaat er een elektrische boog.Hoe hoger de huidige ID, hoe krachtiger de boog.

Als de borstels zich op de geometrische nul bevinden, induceert in het geschakelde circuit de magnetische flux van het anker e. enz. v. rotatie van Hebr. In afb. 2 toont op vergrote schaal de geleiders van de geschakelde lus gelegen op de geometrische nulleider en de richting van e. enz. c) zelfinductie eL voor de generator die samenvalt met de richting van de ankerstroom in deze draad voor het schakelen.

De richting van Heb wordt bepaald door de rechterhandregel en valt altijd samen met de richting van eL. Als gevolg hiervan neemt de id nog meer toe. De resulterende elektrische boog tussen de borstel en de collectorplaat kan het oppervlak van de collector vernietigen, wat resulteert in een slecht contact tussen de borstel en de collector.

Rijst. 2. Richting van elektromotorische kracht in de commutatielus

Om de schakelomstandigheden te verbeteren, worden de borstels verplaatst naar fysieke neutraliteit. Wanneer de borstels zich op de fysieke nulleider bevinden, kruist de meegeleverde spoel geen externe magnetische flux en e. enz. v. rotatie wordt niet geïnduceerd. Als u de borstels voorbij de fysieke neutraliteit beweegt, zoals weergegeven in afb. 3, dan zal in de geschakelde lus de resulterende magnetische flux e induceren. enz. met ek, waarvan de richting tegengesteld is aan de richting van e. enz. v. zelfinductie eL.

Op deze manier wordt niet alleen e.e.a. gecompenseerd. enz. v. rotatie, maar ook e. enz. v. zelfinductie (gedeeltelijk of volledig). Zoals eerder vermeld, verandert de afschuifhoek van de fysieke neutraal de hele tijd, en daarom worden de borstels meestal onder een gemiddelde hoek ten opzichte daarvan gemonteerd.

Vermindering van e. enz. metin de opgenomen lus leidt tot een afname van de stroom id en een verzwakking van de elektrische ontlading tussen de borstel en de collectorplaat.

Het is mogelijk om de schakelcondities te verbeteren door extra polen te installeren (Ndp en Sdn in Fig. 4). De extra paal bevindt zich langs de geometrische neutraal. Voor generatoren bevindt de gelijknamige extra pool zich achter de hoofdpool in de draairichting van het anker en voor de motor - vice versa. De wikkelingen van de extra polen zijn zodanig in serie verbonden met de ankerwikkeling dat de door hen gecreëerde flux Fdp naar de ankerflux Fya wordt geleid.

Rijst. 3. De richting van de elektromotorische kracht in de schakellus wanneer de borstels voorbij de fysieke nul worden bewogen

Rijst. 4. Schakelschema van de wikkelingen van de extra polen

Aangezien beide fluxen worden gecreëerd door een enkele stroom (ankerstroom), is het mogelijk om het aantal windingen van de wikkeling van de extra polen en de luchtspleet tussen hen en het anker te kiezen, zodat de fluxen bij elk anker gelijk zijn. huidige . De hulppoolflux zal altijd de armatuurflux compenseren en dus e. enz. v. er zal geen rotatie zijn in de geschakelde lus.

De extra polen zijn meestal zo gemaakt dat hun flux e induceert in het geschakelde circuit. D. s gelijk aan de som eL + Heb. Dan treedt op het moment dat de borstel loskomt van de rechter collectorplaat (zie Fig. 1, c) de elektrische boog niet op.

Industriële gelijkstroommachines met een vermogen van 1 kW en meer zijn voorzien van extra palen.