Лекция 7. (23.12.12)

7. Коммутация в машинах постоянного тока.

7.1. Природа проводимости в щеточном контакте.

Коммутацией называется процесс переключения секций обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменение направления тока в них на обратное.

Во время коммутации секции замыкаются накоротко щетками, через которые ток из якоря передается во внешнюю цепь или из внешней цепи в якорь. Явление в щеточном контакте, т.е. межу щетками и коллекторными пластинами, оказывают большое влияние на коммутацию и на исправную работу машины.

Передача тока от щетки к коллектору и обратно может осуществляться через:

1. Непосредственный механический контакт щетки с коллектором.

2. Мельчайшие частицы медной и графитовой пыли.

3. Ионизированные воздушные щели между щеткой и коллектором.

Соответственно говорят о зонах:

1. Непосредственного механического контакта щетки с коллектором.

2. Пылевого контакта.

3. Ионой проводимости.

1. Непосредственный механический контакт щетки с коллектором осуществляется только в отдельных точках.

Плотность тока в этих точках достигает нескольких тысяч ампер на мм².

Точечные контакты не постоянны, время существования каждого отдельного контакта невелико.

2. Вследствие износа щеток и коллектора в контактном слое всегда имеется множество мелких пылинок, через которые осуществляется передача тока.

Вследствие больших плотностей тока в этих точках температура в них достигает красного и белого каления.

При красном калении медь и щетки, поляризованные анодно испускают ионы.

При белом калении происходит термическая эмиссия электронов из катодно поляризованных щеток и ламелей. В результате этого создается ионная проводимость тока. В зоне ионной проводимости под щетками возникают слабые искровые и дуговые разряды. Такие разряды появляются на краях щеток при замыкании и размыкании щеток. Ионная проводимость преобладает при больших плотностях токов под щеткой более 5 А / см2.

Эти разряды оказывают большое воздействие на щетки и коллектор, разрушая их.

Электролиз. В воздухе всегда имеется влага, имеющая определенную кислотность. Поэтому при прохождении тока через щеточный контакт возникает явление электролиза. В результате электролиза поверхность коллектора приобретает коричнево-фиалетовую окраску называемую политурой.

ЭМ. МПТ. 7.2. 22.12.10.

Политура увеличивает переходное сопротивление щеточного контакта, тем самым снижая токи короткого замыкания секций при коммутации и улучшает коммутацию.

Наличие хорошей политуры - признак хорошей коммутации.

В сухой атмосфере условия коммутации значительно ухудшаются, например, в верхних слоях атмосферы в самолетах.

7.2. Вольтамперные характеристики щеток.

Вследствие сложной природы щеточного контакта его переходное сопротивление не постоянно, а зависит от плотности тока, с увеличением плотности тока сопротивление щеточного контакта снижается. Поэтому при расчетах принимается постоянное падение напряжение в щеточном контакте, не зависящее от величины тока, а зависящее от материала щеток.

На рис. 7.1. приведена вольтамперная характеристики щеточного кон такта.

Рис. 7.1. Вольтамперная характеристика щеточного контакта.

С практической точки зрения, важно чтобы коммутация происходила без значительного искрения у контактной поверхности, т.к. значительное искрение портит поверхность коллектора и щеток и делает невозможным длительную работу машины.

Причины искрения можно разделить на механические и электромагнитные.

Механические причины связаны с механическим нарушением контакта щетки с коллектором вызванные: неровностью поверхности коллектора и вибрацией щеток.

Электромагнитные причины связаны с характером протекания электромагнитных процессов в машине.

ЭМ. МПТ. 7.3. 22.12.10.