Какие методы улучшения коммутации существуют

Какие методы улучшения коммутации существуют?

Определение коммутации

Коммутация — это процесс изменения направления тока в обмотке для обеспечения эффективной работы двигателя.

Существует три основных метода улучшения коммутации.

• Резистивная коммутация

• ЭДС-коммутация

• Компенсационные обмотки

Резистивная коммутация

В этом методе коммутации используются щетки с высоким электрическим сопротивлением для получения бесискровой коммутации. Это можно достичь, заменив щетки из меди с низким сопротивлением на угольные щетки с высоким сопротивлением.

Из рисунка видно, что ток IC из катушки C может достигнуть щетки двумя способами в период коммутации. Один путь — прямой через сегмент коммутатора b и к щетке, второй путь — сначала через короткозамкнутую катушку B, затем через сегмент коммутатора a и к щетке. Когда сопротивление щетки низкое, ток IC из катушки C будет следовать по самому короткому пути, то есть первому, так как его электрическое сопротивление сравнительно низкое, поскольку он короче второго пути.

Когда используются щетки с высоким сопротивлением, при движении щетки к сегментам коммутатора площадь контакта щетки и сегмента b уменьшается, а площадь контакта с сегментом a увеличивается. Поскольку электрическое сопротивление обратно пропорционально площади контакта, сопротивление Rb увеличится, а Ra уменьшится, когда щетка перемещается. Тогда ток предпочтет второй путь, чтобы достичь щетки.

Этот метод обеспечивает быстрое изменение направления тока в желаемом направлении, улучшая коммутацию.

ρ — удельное сопротивление проводника.

l — длина проводника.

A — поперечное сечение проводника (в данном описании используется как площадь контакта).

 ЭДС-коммутация

Основная причина задержки времени изменения направления тока в короткозамкнутой катушке во время периода коммутации — индуктивные свойства катушки. В этом типе коммутации реактивное напряжение, создаваемое катушкой из-за ее индуктивности, нейтрализуется путем создания обратного ЭДС в короткозамкнутой катушке в период коммутации.

Реактивное напряжение

Напряжение, возникающее в короткозамкнутой катушке из-за ее индуктивности, которое препятствует изменению направления тока в ней во время периода коммутации, называется реактивным напряжением.

Можно создать обратный ЭДС двумя способами:

• Смещением щеток.

• Использованием межполюсников или коммутирующих полюсов.

 Метод смещения щеток

 В этом методе улучшения коммутации щетки смещаются вперед для генераторов постоянного тока и назад для двигателей, чтобы создать достаточный обратный ЭДС для устранения реактивного напряжения. Когда щетки смещаются вперед или назад, короткозамкнутая катушка попадает под влияние следующего полюса, который имеет противоположную полярность. Затем стороны катушки будут разрезать необходимый поток от главных полюсов противоположной полярности, создавая достаточный обратный ЭДС. Этот метод редко используется, потому что для достижения наилучших результатов при каждом изменении нагрузки щетки необходимо смещать.

Метод использования межполюсников

 В этом методе малые полюсы, называемые межполюсниками, фиксируются на якоре и располагаются между главными полюсами. Для генераторов их полярность соответствует соседним главным полюсам, а для двигателей — предыдущим главным полюсам. Межполюсники индуцируют ЭДС в короткозамкнутой катушке в период коммутации, противодействуя реактивному напряжению и обеспечивая бесискровую коммутацию.

Компенсационные обмотки

Это наиболее эффективный способ устранения проблемы реакции якоря и пробоя, балансируя ЭДС якоря. Компенсационные обмотки размещаются в пазах, расположенных на полюсных наконечниках параллельно проводникам ротора (якоря).

Основным недостатком компенсационных обмоток является их высокая стоимость. Они в основном используются в больших машинах, подверженных большим перегрузкам или блокировке, а также в малых двигателях, требующих внезапного изменения направления и высокого ускорения.