Физические процессы коммутации МПТ
При вращении якоря секции обмотки непрерывно переходят из одной параллельной ветви в другую и в них происходит изменение направления тока от +ia до –ia . Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую и называется коммутацией.В более широком смысле слова под коммутацией понимают совокупность явлений, связанных с изменением направления тока в секциях при переходе их из одной параллельной ветви в другую, и передачей тока через скользящий контакт между коллектором и щеткой. Процессы, возникающие при этом в секциях и под щетками, называются коммутационными, переключаемая секция называется коммутируемой, а время, в течение которого происходит процесс коммутации — периодом коммутации Тк.
Для коммутируемой короткозамкнутой секции справедливо уравнение равновесия ЭДС, составленное по второму закону Кирхгофа
где Σe – сумма ЭДС, индуктируемых в коммутируемой секции; i – ток в коммутируемой секции; Rk– активное сопротивление к–го участка контура.
В такой секции индуктируются ЭДС самоиндукции eL, вызванная изменением тока в секции, ЭДС взаимоиндукции eм, вызванная изменением тока в соседних одновременно коммутируемых секциях, коммутирующие ЭДС ek, возникающие в секции за счет пересечения ее результирующим полем или полем добавочных полюсов. Кроме того возникает трансформаторная ЭДС eт, вызванная пульсацией во времени магнитного потока Ф из–за зубчатости якоря, однако она мала и ее в расчетах не учитывают.
Сумму ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции называют реактивной ЭДС
(2)
По закону Ленца реактивная ЭДС ep направлена таким образом, чтобы препятствовать изменению тока в коммутируемой секции.
ЭДС ek может действовать как согласно с ep, так и встречно, что зависит от направления внешнего магнитного поля в зоне коммутации, то есть
(3)
Активное сопротивление щеточного контакта значительно больше других сопротивлений контура короткозамкнутой секции, поэтому для упрощения учитывают только сопротивления Rщ1 и Rщ2 – контактные сопротивления сбегающего и набегающего краев щетки. Тогда получается
- (4)
По первому закону Кирхгофа для узлов А и В можно записать
(5)
Решая совместно уравнения (4) и (5), получим
(6)
Переходные сопротивления Rщ1 и Rщ2 обратно пропорциональны площадям касания щетки с коллекторными пластинами и, если учесть, что эти площади изменяются пропорционально времени коммутации, то получим
;
| (7)
| ,
| (8)
| где Rщ – сопротивление переходного контакта всей поверхности щетки; Sщ – полная площадь контакта щетки с коллектором ; Sщ1, Sщ2 – площади сбегающего и набегающего контакта щеток с коллектором; Tк – период коммутации ; t– промежуток времени от начала коммутации.
Подставляя значение Rщ1 и Rщ2 в уравнение (11), получают уравнение коммутации
(9)
Из уравнений (4) и (5) видно, что если коммутирующая ЭДС ek равна реактивной ЭДС ep, и направлена навстречу ей, то вторая составляющая коммутационного тока равна нулю, так как =0 и ток будет изменяться по линейному закону (пунктир на рисунке 2)
. (10)
Коммутация с таким характером изменения токов называется прямолинейной. Плотность тока по всей площади будет одинаковой. Это наиболее благоприятная коммутация.
Рисунок 1 – Характер изменения тока в коммутируемой секции:
а – до начала коммутации; б – в период коммутации;
в – после коммутации
|
При ток в секции i представляет сумму двух составляющих: линейного тока iл и так называемого добавочного тока коммутации iк, определяемого величиной Σе. При eк<ep добавочный ток iк, накладываясь на ток линейной коммутации iл, будет задерживать изменение тока в секции и она сначала будет изменяться медленнее (кривая I, рисунок 2), чем при линейной коммутации (пунктир). Такой процесс в коммутируемой секции называется замедленной криволинейной коммутацией. Она характеризуется неравномерным распределением тока под щеткой. Под сбегающим краем щетки плотность тока будет больше, чем под набегающим, что приведет к искрообразованию на коллекторе.
Рисунок 2 – Характер изменения тока коммутации при ∑е ≠ 0
| При eк>ep добавочный ток iк накладываясь на iл будет ускорять изменение тока i в секции и процесс коммутации пойдет быстрее, чем при линейной коммутации (кривая 2, рисунок 2). Такая коммутация называется ускоренной криволинейной коммутацией. В этом случае добавочный ток будет увеличивать плотность тока под набегающим краем щетки и уменьшать под сбегающим, создавая неравномерную плотность тока, что также приводит к искрообразованию на коллекторе.
Таким образом, состояние коммутации определяется, главным образом, значением тока iк, величина которого зависит от суммарной ЭДС и сопротивления переходного контакта щеткиRщ.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|