Коммутация
Процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую, сопровождающийся изменением направления тока, называют коммутацией.
Секция, которая в процессе переключения (коммутации) замыкается щеткой накоротко, называется коммутируемой секцией.
В коммутируемой секции ток меняется как по величине, так и по направлению. Процесс коммутации может сопровождаться искрением под щетками. Причины искрения разделяются на 2 вида:
I. Механические.
II. Электромеханические.
Механические причины искрения возникают из за:
ü Слабого нажатия щеток на коллектор.
ü Износа щеток более нормы.
ü Сколов на щетках.
ü Повышенного износа рабочей поверхности коллектора.
ü Биения коллектора.
ü Загрязнения коллектора.
Данные причины искрения устраняются при ремонте электрической машины: смена щеток, обточка и продорожка коллектора, балансировка якоря.
Электромеханические причины искрения возникают в процессе коммутации, так как в переключаемой секции возникают следующие ЭДС:
Ø ЭДС самоиндукции е L возникает из-за быстрого изменения тока, как по величине, так и по направлению в коммутируемой секции.
Ø ЭДС взаимоиндукции е м, так как ширина щетки в 3-4 раза больше ширины коллекторной пластины, поэтому в процессе коммутации одновременно участвуют несколько соседних секций.
Ø ЭДС вращения е вр возникает из-за реакции якоря.
Ø ЭДС пульсации е пульс возникает из-за зубчатого строения сердечника якоря, так как воздушный зазор между якорем и полюсом постоянно меняется.
Ø ЭДС трансформации е тр, так как на электровозах переменного тока ТЭД питаются не постоянным а пульсирующим током, то и будет пульсировать основной магнитный поток Ф, созданный обмоткой возбуждения.
Все эти ЭДС направлены согласно, поэтому складываются, а так как коммутируемая секция замыкается щеткой накоротко, то под действием суммарной ЭДС возникает ток коммутации i к.
iк. = ( еL + ем + евр + епульс + етр ) / R к.с.,
где R к.с – сопротивление самой секции, плюс сопротивление коллекторных пластин, плюс сопротивление перехода между щеткой и коллектором.
Ток коммутации вызывает искрение под щетками по причинам:
1. Хотя процесс коммутации происходит быстро. Но он не успевает закончится, когда щетка сбегает с коллекторной пластины и происходит разрыв цепи тока коммутации.
2. Под одним краем щетки из-за тока коммутации плотность тока увеличина, что приводит к искрению, поэтому для уменьшения искрения под щетками, необходимо уменьшить i к. Это осуществляется за счет конструктивных особенностей двигателя и за счет дополнительных электрических аппаратов, включенных в схему питания ТЭД.
Меры улучшения коммутации
1. Размещение в электрической машине дополнительных полюсов и компенсационной обмотки
2. Для уменьшения ЭДС самоиндукции еL, секции обмотки якоря изготавливают одновитковыми.
3. Для уменьшения ЭДС взаимоиндукции ем, щетки по возможности делают меньшей ширины.
4. Для уменьшения ЭДС вращения евр, борются с реакцией якоря.
5. Для уменьшения ЭДС пульсации епульс, пазы по возможности изготавливают меньшей глубины и более закрытой формы.
6. Для уменьшения ЭДС трансформации етр, в цепь ТЭД включают сглаживающий реактор, а также параллельно обмоткам возбуждения подключают резисторы.
7. Для увеличения сопротивления секции R к.с, щетки изготавливают графитовыми и разрезными.
Степени искрения под щетками
Существует 5-ь степеней искрения под щетками:
1) Темная, безыскровая коммутация – 1.
2) Слабое искрение, не более чем под ¼ края щетки – 1¼.
3) Слабое искрение, не более чем под ½ края щетки - 1½.
4) Слабое искрение под большей частью щетки,– 2 (к эксплуатации не допускается).
5) Сильное искрение под всем краем щетки с вылетом отдельных искр - 3(к эксплуатации не допускается).
Реакция якоря
Для характеристики магнитного поля электрической машины существует понятия:
Геометрическая нейтраль – это линия, перпендикулярная оси полюсов и проходящая через середину расстояния между ними.
Физическая нейтраль – это линия перпендикулярная основному магнитному потоку и проходящая через середину расстояния между полюсами.
Реакция якоря – это воздействие магнитного поля якоря на основное магнитное поле полюсов машины.
Из-за реакции якоря основное магнитное поле полюсов искажается, то есть, под одним краем полюса магнитное поле усиливается, а под другим краем – ослабляется, соответственно происходит поворот физической нейтрали относительно геометрической.