Коммутация в машинах постоянного тока.

Работа машины постоянного тока может сопровождаться

искрением между краями щеток и коллекторными пластинами,

когда возникает местный искровой разряд. При интенсивном искрении поверхность коллектора и щеток разрушается,

увеличивается переходное сопротивление скользящего контакта и нагрев коллектора. Искрение снижает надежность машины

постоянного тока и создает помехи радиоустройствам. Однако искрение не неизбежно. Оно вызывается либо

неудовлетворительным состоянием щеточно-коллекторного узла, либо неудовлетворительным процессом коммутации.

Сущность искрения – возникновение искрового разряда при размыкании цепи постоянного тока, обладающей индуктивностью. Прерывание тока вызывает резкое повышение напряжения

u_L=L*di/dt в месте размыкания, пробой воздушного слоя с

образованием электрической искры. Чаще причиной искрения является неудовлетворительная коммутация. Коммутацией

называется процесс переключения секций обмотки якоря из одной

параллельной ветви в другую. Этот процесс совершается быстро и непрерывно, причем коммутируемые секции, проходя

геометрические нейтрали, замыкаются щеткой накоротко, а затем размыкаются. При х.х., когда тока в якоре нет, коммутируемой

секции э.д.с. не наводится, и тока в ней не возникает. При нагрузке ток в проводниках якоря создает магнитное поле якоря.

Магнитная ось N_a-S_a этого поля проходит через геометрические нейтрали. Коммутируемая секция оказывается в интенсивном магнитном поле B_a якоря и в ней наводится э.д.с. e_a=B_a*l*u.

Каждая секция обладает активным сопротивлением R_c (включающем и сопротивление щетки) и индуктивностью L_c. При замыкании

щеткой секции э.д.с. e_a вызывает в ней ток секции i_k=e_a/R_c, который затем при размыкании прерывается. Обрыв тока, сопровождается искровым разрядом. Он возникает при отрыве каждой

последующей пластины коллектора от щетки, что воспринимается

как непрерывное искрение с характерным треском. Чем больше

ток якоря, скорость движения его проводников и число витков в

секци (L_c~w_c²), тем больше э.д.с. e_a, ток i_k и тем сильнее искрение.

Искрение можно значительно ослабить. Для этого в зоне коммутируемых секций нужно скомпенсировать поле якоря (и э.д.с. e_c) полем добавочных полюсов. Это узкие полюсы, расположенные между основными полюсами на геометрических нейтралях. Катушки добавочных полюсов включены в цепь якоря последовательно так, что их магнитный поток направлен навстречу потоку якоря. Все машины постоянного тока с мощностью от 1 кВт и выше имеют добавочные полюсы.

Однако безыскровая работа машины обеспечивается лишь при условиях, не выходящих за номинальные. При чрезмерных токах якоря (более 3*Iном) добавочные полюсы насыщаются и компенсация поля нарушается. Поэтому большие перегрузки, даже кратковременные, а также значительные превышения скорости могут вызвать искрение, опасное для коллектора.