Commutazione in macchine DC

La commutazione nelle macchine CC è intesa come fenomeni causati da un cambiamento nella direzione della corrente nei fili dell'avvolgimento dell'indotto quando si spostano da un ramo parallelo all'altro, cioè quando attraversano la linea lungo la quale si trovano le spazzole ( da il latino commulatio — cambiamento). Consideriamo il fenomeno della commutazione usando l'esempio di un'armatura ad anello.

Nella fig. 1 mostra una scansione di parte dell'avvolgimento dell'indotto costituito da quattro fili, parte del collettore (due piastre collettori) e una spazzola. I fili 2 e 3 formano un anello commutato, che in fig. 1, a è mostrato nella posizione che occupa prima della commutazione, in fig. 1, c — dopo la commutazione, e in fico. 1, b — durante il periodo di commutazione. Il collettore e l'avvolgimento dell'indotto ruotano nella direzione indicata dalla freccia con una velocità di rotazione n, la spazzola è ferma.

Al momento prima della commutazione, la corrente di armatura Iya passa attraverso la spazzola, la piastra collettore destra e si divide a metà tra i rami paralleli dell'avvolgimento dell'armatura. I fili 1, 2 e 3 e il filo 4 formano diversi rami paralleli.

Dopo la commutazione, i fili 2 e 3 sono passati a un altro ramo parallelo e la direzione della corrente in essi è cambiata al contrario. Questo cambiamento è avvenuto in un tempo pari al periodo di commutazione Tk, cioè nel tempo necessario alla spazzola per spostarsi dalla piastra destra a quella adiacente sinistra (in realtà la spazzola si sovrappone a più piastre collettore contemporaneamente, ma in linea di principio ciò non influisce sul processo di commutazione) ...

Riso. 1. Diagramma dell'attuale processo di commutazione

Uno dei momenti del periodo di commutazione è mostrato in Fig. 1, b. Il circuito da commutare risulta essere un cortocircuito tra i piatti collettori e la spazzola. Poiché durante il periodo di commutazione c'è un cambiamento nella direzione della corrente nella spira 2-3, ciò significa che una corrente alternata scorre attraverso la spira, creando un flusso magnetico alternato.

Quest'ultimo induce E. Nel circuito commutato. eccetera. v. autoinduzione eL o reattiva e. eccetera. v. Secondo il principio di Lenz, ad es. eccetera. c.l'autoinduzione tende a mantenere la corrente nel filo nella stessa direzione. Pertanto, la direzione di eL coincide con la direzione della corrente nell'anello prima della commutazione.

Sotto l'influenza di e. ecc. c.autoinduzione nel cortocircuito 2-3, scorre una grande corrente aggiuntiva id, poiché la resistenza del circuito è piccola. Nel punto di contatto della spazzola con la piastra sinistra, la corrente id è diretta contro la corrente di armatura, e nel punto di contatto della spazzola con la piastra destra, la direzione di queste correnti coincide.

Più vicino alla fine del periodo di commutazione, minore è l'area di contatto della spazzola con la piastra destra e maggiore è la densità di corrente. Al termine del periodo di commutazione si interrompe il contatto della spazzola con la piastra destra e si forma un arco elettrico.Maggiore è l'ID corrente, più potente è l'arco.

Se le spazzole si trovano sul neutro geometrico, nel circuito commutato il flusso magnetico dell'armatura induce e. eccetera. v. rotazione dell'ebr. Nella fig. 2 mostra in scala ingrandita i conduttori dell'anello commutato situato sul neutro geometrico e la direzione di e. eccetera. c.autoinduttanza eL per il generatore coincidente con la direzione della corrente di armatura in questo filo prima della commutazione.

La direzione di Heb è determinata dalla regola della mano destra e coincide sempre con la direzione di eL. Di conseguenza, l'id aumenta ancora di più. L'arco elettrico risultante tra la spazzola e la piastra del collettore può distruggere la superficie del collettore, provocando uno scarso contatto tra la spazzola e il collettore.

Riso. 2. Direzione della forza elettromotrice nell'anello di commutazione

Per migliorare le condizioni di commutazione, le spazzole vengono portate alla neutralità fisica. Quando le spazzole si trovano sul neutro fisico, la bobina inclusa non attraversa un flusso magnetico esterno ed e. eccetera. v. la rotazione non è indotta. Se si spostano le spazzole oltre la neutralità fisica come mostrato in fig. 3, quindi nel circuito commutato il flusso magnetico risultante indurrà e. eccetera. con ek, la cui direzione è opposta alla direzione di e. eccetera. v. autoinduzione eL.

In questo modo, non solo E. sarà risarcito. eccetera. v. rotazione, ma anche e. ecc. v. autoinduzione (parziale o totale). Come accennato in precedenza, l'angolo di taglio del neutro fisico cambia continuamente, e quindi le spazzole sono solitamente montate sfalsate con un angolo medio rispetto ad esso.

Riduzione di e. eccetera. connell'anello incluso porta ad una diminuzione della corrente id e ad un indebolimento della scarica elettrica tra la spazzola e la piastra del collettore.

È possibile migliorare le condizioni di commutazione installando poli aggiuntivi (Ndp e Sdn in Fig. 4). Il polo aggiuntivo si trova lungo il neutro geometrico. Per i generatori, l'omonimo polo aggiuntivo si trova dietro il polo principale nella direzione di rotazione dell'indotto e per il motore - viceversa. Gli avvolgimenti dei poli aggiuntivi sono collegati in serie all'avvolgimento di indotto in modo tale che il flusso Fdp da essi creato sia diretto al flusso di indotto Fya.

Riso. 3. La direzione della forza elettromotrice nel circuito di commutazione quando le spazzole vengono spostate oltre il neutro fisico

Riso. 4. Schema elettrico degli avvolgimenti dei poli aggiuntivi

Poiché entrambi i flussi sono creati da un'unica corrente (corrente di armatura), è possibile scegliere il numero di spire dell'avvolgimento dei poli aggiuntivi e il traferro tra questi e l'armatura in modo che i flussi siano di valore uguale ad ogni armatura corrente. Il flusso del polo ausiliario compenserà sempre il flusso dell'armatura e quindi ad es. eccetera. v. non ci sarà rotazione nel circuito commutato.

I poli aggiuntivi sono generalmente realizzati in modo tale che il loro flusso induca e nel circuito commutato. D. s uguale alla somma eL + Ebr. Quindi al momento del distacco della spazzola dal piatto collettore destro (vedi Fig. 1, c) non si verifica l'arco elettrico.

Le macchine industriali a corrente continua con una potenza di 1 kW e oltre sono dotate di poli aggiuntivi.