Conmutación en máquinas DC

Se entiende por conmutación en las máquinas de corriente continua a los fenómenos provocados por un cambio de dirección de la corriente en los hilos del devanado del inducido cuando se desplazan de una rama paralela a otra, es decir, al cruzar la línea a lo largo de la cual se encuentran las escobillas (de el latín communilatio — cambio). Consideremos el fenómeno de la conmutación usando el ejemplo de una armadura de anillo.

En la Fig. 1 muestra una exploración de parte del devanado del inducido que consta de cuatro hilos, parte del colector (dos placas colectoras) y una escobilla. Los cables 2 y 3 forman un bucle conmutado, que en la fig. 1, se muestra a en la posición que ocupa antes de conmutar, en la fig. 1, c — después de la conmutación, y en fig. 1, b — durante el período de conmutación. El colector y el devanado del inducido giran en la dirección indicada por la flecha con una velocidad de rotación n, la escobilla está estacionaria.

En el momento antes de la conmutación, la corriente de armadura Iya pasa a través del cepillo, la placa colectora derecha y se divide por la mitad entre las ramas paralelas del devanado de armadura. Los hilos 1, 2 y 3 y el hilo 4 forman distintas ramas paralelas.

Después de cambiar, los cables 2 y 3 cambiaron a otra rama paralela, y la dirección de la corriente en ellos cambió a la opuesta. Este cambio ocurrió en un tiempo igual al período de conmutación Tk, es decir en el tiempo que tarda el cepillo en moverse de la placa derecha a la izquierda adyacente (en realidad, el cepillo se superpone a varias placas colectoras a la vez, pero en principio esto no afecta el proceso de cambio) ...

Arroz. 1. Diagrama del proceso de conmutación actual

Uno de los momentos del período de conmutación se muestra en la Fig. 1, segundo El circuito a cambiar resulta ser un cortocircuito de las placas colectoras y el cepillo. Dado que durante el período de conmutación hay un cambio en la dirección de la corriente en el bucle 2-3, esto significa que fluye una corriente alterna a través del bucle, creando un flujo magnético alterno.

Este último induce E. En el bucle conmutado. etc. v. autoinducción eL o reactivo e. etc. v. Según el principio de Lenz, p. etc. c. la autoinducción tiende a mantener la corriente en el alambre en la misma dirección. Por lo tanto, la dirección de eL coincide con la dirección de la corriente en el bucle antes de la conmutación.

Bajo la influencia de E. etc. c. autoinducción en el cortocircuito 2-3, fluye una gran corriente id adicional, ya que la resistencia del bucle es pequeña. En el punto de contacto de la escobilla con la placa izquierda, la corriente id se dirige contra la corriente de armadura, y en el punto de contacto de la escobilla con la placa derecha, la dirección de estas corrientes coincide.

Cuanto más cerca del final del período de conmutación, menor será el área de contacto del cepillo con la placa derecha y mayor será la densidad de corriente. Al final del período de conmutación, el contacto del cepillo con la placa derecha se rompe y se forma un arco eléctrico.Cuanto mayor sea el ID actual, más potente será el arco.

Si las escobillas están ubicadas en el neutro geométrico, entonces, en el circuito conmutado, el flujo magnético de la armadura induce e. etc. v. rotación de Hebr. En la Fig. 2 muestra a escala ampliada los conductores del bucle conmutado situados sobre el neutro geométrico y la dirección de e. etc. c) autoinductancia eL para el generador que coincide con la dirección de la corriente de armadura en este cable antes de la conmutación.

La dirección de Heb está determinada por la regla de la mano derecha y siempre coincide con la dirección de eL. Como resultado, el id aumenta aún más. El arco eléctrico resultante entre la escobilla y la placa del colector puede destruir la superficie del colector, dando como resultado un mal contacto entre la escobilla y el colector.

Arroz. 2. Dirección de la fuerza electromotriz en el bucle de conmutación

Para mejorar las condiciones de conmutación, los cepillos se cambian a neutralidad física. Cuando las escobillas están ubicadas en el neutro físico, la bobina incluida no cruza un flujo magnético externo y e. etc. v. no se induce la rotación. Si mueve los cepillos más allá de la neutralidad física como se muestra en la fig. 3, entonces en el bucle conmutado el flujo magnético resultante inducirá e. etc. con ek, cuya dirección es opuesta a la dirección de e. etc. v. autoinducción eL.

De esta forma, no sólo E. será indemnizado. etc. v. rotación, pero también e. etc. v. autoinducción (parcial o completamente). Como se mencionó anteriormente, el ángulo de corte del neutro físico cambia todo el tiempo y, por lo tanto, las escobillas generalmente se montan desplazadas en algún ángulo promedio con respecto a él.

Reducción de e. etc. conen el bucle incluido conduce a una disminución de la corriente id y un debilitamiento de la descarga eléctrica entre el cepillo y la placa colectora.

Es posible mejorar las condiciones de conmutación instalando polos adicionales (Ndp y Sdn en la Fig. 4). El polo adicional se encuentra a lo largo del neutro geométrico. Para generadores, el polo adicional del mismo nombre se encuentra detrás del polo principal en la dirección de rotación de la armadura, y para el motor, viceversa. Los devanados de los polos adicionales están conectados en serie con el devanado del inducido de tal manera que el flujo Fdp creado por ellos se dirige al flujo del inducido Fya.

Arroz. 3. La dirección de la fuerza electromotriz en el bucle de conmutación cuando las escobillas se mueven más allá del neutro físico

Arroz. 4. Diagrama de circuito de los devanados de los polos adicionales.

Dado que ambos flujos son creados por una sola corriente (corriente de armadura), es posible elegir el número de vueltas del devanado de los polos adicionales y el entrehierro entre ellos y la armadura para que los flujos tengan el mismo valor en cada armadura. corriente El flujo del polo auxiliar siempre compensará el flujo del inducido y, por lo tanto, e. etc. v. no habrá rotación en el bucle conmutado.

Los polos adicionales generalmente se hacen de modo que su flujo induzca e en el circuito conmutado. d. s igual a la suma eL + Heb. Luego, en el momento de la separación del cepillo de la placa colectora derecha (ver Fig. 1, c) no se produce el arco eléctrico.

Las máquinas industriales de corriente continua con una potencia de 1 kW y más están equipadas con polos adicionales.