Commutation dans les machines à courant continu

La commutation dans les machines à courant continu est comprise comme un phénomène provoqué par un changement de sens du courant dans les fils de l'enroulement d'induit lorsqu'ils passent d'une branche parallèle à une autre, c'est-à-dire lorsqu'ils traversent la ligne le long de laquelle se trouvent les balais ( de la commutatio latine — changement). Considérons le phénomène de commutation en prenant l'exemple d'une armature annulaire.

En figue. 1 montre un balayage d'une partie de l'enroulement d'induit composé de quatre fils, d'une partie du collecteur (deux plaques collectrices) et d'un balai. Les fils 2 et 3 forment une boucle commutée qui, sur la fig. 1, a est représenté dans la position qu'il occupe avant la commutation, à la fig. 1, c — après la commutation, et sur la fig. 1, b — pendant la période de commutation. Le collecteur et l'enroulement d'induit tournent dans le sens indiqué par la flèche avec une vitesse de rotation n, le balai est immobile.

Au moment avant la commutation, le courant d'induit Iya traverse la brosse, la plaque collectrice droite et est divisé en deux entre les branches parallèles de l'enroulement d'induit. Les fils 1, 2 et 3 et le fil 4 forment des branches parallèles différentes.

Après la commutation, les fils 2 et 3 sont passés à une autre branche parallèle et la direction du courant en eux a changé dans le sens opposé. Ce changement s'est produit dans un temps égal à la période de commutation Tk, c'est-à-dire dans le temps qu'il faut à la brosse pour passer de la plaque droite à la gauche adjacente (en fait la brosse chevauche plusieurs plaques collectrices à la fois, mais en principe cela n'affecte pas le processus de commutation) ...

Riz. 1. Schéma du processus de commutation actuel

L'un des moments de la période de commutation est représenté sur la Fig. 1, b. Le circuit à commuter s'avère être un court-circuit entre les plaques collectrices et le balai. Comme pendant la période de commutation il y a un changement de sens du courant dans la boucle 2-3, cela signifie qu'un courant alternatif circule dans la boucle, créant un flux magnétique alternatif.

Ce dernier induit e dans la boucle commutée. etc. v. auto-induction eL ou réactive e. etc. v. Selon le principe de Lenz, par ex. etc. c) l'auto-induction tend à maintenir le courant dans le fil dans le même sens. Par conséquent, le sens de eL coïncide avec le sens du courant dans la boucle avant la commutation.

Sous l'influence d'e. etc. c. auto-induction dans le court-circuit 2-3, un grand courant supplémentaire id circule, car la résistance de boucle est faible. Au point de contact du balai avec la plaque de gauche, le courant id est dirigé contre le courant d'induit, et au point de contact du balai avec la plaque de droite, le sens de ces courants coïncide.

Plus la fin de la période de commutation est proche, plus la zone de contact de la brosse avec la bonne plaque est petite et plus la densité de courant est élevée. A la fin de la période de commutation, le contact balai avec la plaque droite est rompu et un arc électrique se forme.Plus l'ID de courant est élevé, plus l'arc est puissant.

Si les balais sont situés sur le neutre géométrique, alors dans le circuit commuté le flux magnétique de l'induit induit e. etc. v. rotation d'Hébr. En figue. La figure 2 montre à échelle agrandie les conducteurs de la boucle commutée situés sur le neutre géométrique et la direction de e. etc. c) auto-inductance eL pour le générateur coïncidant avec le sens du courant d'induit dans ce fil avant la commutation.

La direction de Heb est déterminée par la règle de la main droite et coïncide toujours avec la direction de eL. En conséquence, l'id augmente encore plus. L'arc électrique résultant entre le balai et la plaque collectrice peut détruire la surface du collecteur, entraînant un mauvais contact entre le balai et le collecteur.

Riz. 2. Direction de la force électromotrice dans la boucle de commutation

Pour améliorer les conditions de commutation, les balais sont déplacés vers la neutralité physique. Lorsque les balais sont situés sur le neutre physique, la bobine incluse ne traverse pas un flux magnétique externe et e. etc. v. la rotation n'est pas induite. Si vous déplacez les brosses au-delà de la neutralité physique comme indiqué sur la fig. 3, alors dans la boucle commutée le flux magnétique résultant induira e. etc. avec ek dont la direction est opposée à la direction de e. etc. v. auto-induction eL.

De cette façon, non seulement e.Il sera compensé. etc. v. rotation, mais aussi e. etc. v. auto-induction (partiellement ou complètement). Comme mentionné précédemment, l'angle de cisaillement du neutre physique change tout le temps et, par conséquent, les balais sont généralement montés décalés à un angle moyen par rapport à celui-ci.

Réduction de e. etc. avecdans la boucle incluse conduit à une diminution du courant id et à un affaiblissement de la décharge électrique entre le balai et la plaque collectrice.

Il est possible d'améliorer les conditions de commutation en installant des pôles supplémentaires (Ndp et Sdn sur la Fig. 4). Le pôle supplémentaire est situé le long du neutre géométrique. Pour les générateurs, le pôle supplémentaire du même nom est situé derrière le pôle principal dans le sens de rotation de l'induit, et pour le moteur - vice versa. Les enroulements des pôles supplémentaires sont connectés en série avec l'enroulement d'induit de manière à ce que le flux Fdp créé par eux soit dirigé vers le flux d'induit Fya.

Riz. 3. La direction de la force électromotrice dans la boucle de commutation lorsque les balais sont déplacés au-delà du neutre physique

Riz. 4. Schéma électrique des enroulements des pôles supplémentaires

Les deux flux étant créés par un courant unique (courant d'induit), il est possible de choisir le nombre de spires de l'enroulement des pôles supplémentaires et l'entrefer entre eux et l'induit pour que les flux soient égaux en valeur à chaque armature courant. Le flux de pôle auxiliaire compensera toujours le flux d'induit et donc e. etc. v. il n'y aura pas de rotation dans la boucle commutée.

Les pôles supplémentaires sont généralement réalisés de manière à ce que leur flux induise e dans le circuit commuté. d. s égal à la somme eL + Heb. Ensuite, au moment de la séparation de la brosse de la plaque collectrice droite (voir Fig. 1, c), l'arc électrique ne se produit pas.

Les machines à courant continu industrielles d'une puissance de 1 kW et plus sont équipées de pôles supplémentaires.