Comutação em máquinas DC

O chaveamento nas máquinas CC é entendido como fenômeno causado pela mudança no sentido da corrente nos fios do enrolamento da armadura quando eles se movem de um ramo paralelo para outro, ou seja, ao cruzar a linha ao longo da qual as escovas estão localizadas ( de do latim commulatio — mudança). Vamos considerar o fenômeno de comutação usando o exemplo de uma armadura em anel.

Na fig. 1 mostra uma varredura de parte do enrolamento da armadura composta por quatro fios, parte do coletor (duas placas coletoras) e uma escova. Os fios 2 e 3 formam um loop comutado, que na fig. 1, a é mostrado na posição que ocupa antes da comutação, na fig. 1, c — depois de ligar, e no figo. 1, b — durante o período de comutação. O coletor e o enrolamento da armadura giram na direção indicada pela seta com uma velocidade de rotação n, a escova é estacionária.

No momento antes da comutação, a corrente de armadura Iya passa pela escova, a placa coletora direita e é dividida ao meio entre os ramos paralelos do enrolamento da armadura. Os fios 1, 2 e 3 e o fio 4 formam diferentes ramificações paralelas.

Após a troca, os fios 2 e 3 mudaram para outro ramal paralelo e a direção da corrente mudou para o oposto. Esta mudança ocorreu em um tempo igual ao período de comutação Tk, ou seja, no tempo que a escova leva para se mover da placa direita para a esquerda adjacente (na verdade, a escova se sobrepõe a várias placas coletoras ao mesmo tempo, mas em princípio isso não afeta o processo de comutação) ...

Arroz. 1. Diagrama do processo de comutação atual

Um dos momentos do período de comutação é mostrado na Fig. 1, b. O circuito a ser comutado é um curto-circuito das placas coletoras e da escova. Como durante o período de comutação há uma mudança na direção da corrente no loop 2-3, isso significa que uma corrente alternada flui pelo loop, criando um fluxo magnético alternado.

O último induz E. No loop comutado. etc. v. auto-indução eL ou reativa e. etc. v. De acordo com o princípio de Lenz, por ex. etc. c. a auto-indução tende a manter a corrente no fio na mesma direção. Portanto, a direção de eL coincide com a direção da corrente no loop antes da comutação.

Sob a influência de e. etc. c. auto-indução no curto-circuito 2-3, uma grande corrente adicional id flui, já que a resistência do loop é pequena. No ponto de contato da escova com a placa esquerda, a corrente id é direcionada contra a corrente da armadura, e no ponto de contato da escova com a placa direita, o sentido dessas correntes coincide.

Quanto mais perto do final do período de comutação, menor a área de contato da escova com a placa certa e maior a densidade de corrente. Ao final do período de comutação, o contato da escova com a placa direita é interrompido e um arco elétrico é formado.Quanto maior o ID atual, mais poderoso o arco.

Se as escovas estiverem localizadas no neutro geométrico, então no circuito comutado o fluxo magnético da armadura induz e. etc. v. rotação de Hebr. Na fig. 2 mostra em escala ampliada os condutores do loop comutado localizados no neutro geométrico e a direção de e. etc. c. auto-indutância eL para o gerador coincidindo com a direção da corrente de armadura neste fio antes da comutação.

A direção de Heb é determinada pela regra da mão direita e sempre coincide com a direção de eL. Como resultado, o id aumenta ainda mais. O arco elétrico resultante entre a escova e a placa coletora pode destruir a superfície do coletor, resultando em mau contato entre a escova e o coletor.

Arroz. 2. Direção da força eletromotriz no loop de comutação

Para melhorar as condições de comutação, as escovas são deslocadas para a neutralidade física. Quando as escovas estão localizadas no neutro físico, a bobina incluída não atravessa um fluxo magnético externo e e. etc. v. a rotação não é induzida. Se você mover as escovas além da neutralidade física, conforme mostrado na fig. 3, então no loop comutado o fluxo magnético resultante induzirá e. etc. com ek, cuja direção é oposta à direção de e. etc. v. auto-indução eL.

Desta forma, não só e.Ele será compensado. etc. v. rotação, mas também e. etc. v. auto-indução (parcial ou totalmente). Como mencionado anteriormente, o ângulo de cisalhamento do neutro físico muda o tempo todo e, portanto, as escovas geralmente são montadas deslocadas em algum ângulo médio em relação a ele.

Redução de e. etc. comno loop incluído leva a uma diminuição da corrente id e a um enfraquecimento da descarga elétrica entre a escova e a placa coletora.

É possível melhorar as condições de comutação instalando pólos adicionais (Ndp e Sdn na Fig. 4). O pólo adicional está localizado ao longo do neutro geométrico. Para geradores, o pólo adicional com o mesmo nome está localizado atrás do pólo principal no sentido de rotação da armadura e para o motor - vice-versa. Os enrolamentos dos pólos adicionais são conectados em série com o enrolamento da armadura de forma que o fluxo Fdp criado por eles seja direcionado para o fluxo da armadura Fya.

Arroz. 3. A direção da força eletromotriz no loop de comutação quando as escovas são movidas além do neutro físico

Arroz. 4. Esquema do circuito dos enrolamentos dos pólos adicionais

Como ambos os fluxos são criados por uma única corrente (corrente de armadura), é possível escolher o número de voltas do enrolamento dos polos adicionais e o entreferro entre eles e a armadura de modo que os fluxos sejam iguais em valor em cada armadura atual . O fluxo do polo auxiliar sempre compensará o fluxo da armadura e, portanto, e. etc. v. não haverá rotação no loop comutado.

Os pólos adicionais são geralmente feitos de modo que seu fluxo induza e no circuito comutado. d. s igual à soma eL + Heb. Então, no momento da separação da escova da placa coletora direita (ver Fig. 1, c), o arco elétrico não ocorre.

Máquinas industriais de corrente contínua com potência de 1 kW e mais são equipadas com pólos adicionais.