Comutatia. Procedee de imbunatatire a procesului de comutatie - masini de curent continuu

Comutatia. Procedee de imbunatatire a procesului de comutatie - masini de curent continuu

Comutatia curentului in masinile de c.c. este exclusiv foarte importanta pen-tru exploatarea lor. Desfasurarea corecta a procesului de comutatie este direct lega-ta de functionarea fara scantei a masinii. Procesul de comutatie consta in aceea ca in timpul rotatiei indusului, sectiile separate ale infasurarii indusului, se comuta cu ajutorul periilor dintr-o cale de curent in alta, iar curentul din sectiile in comutare variaza ca marime si ca sens.

In fig.4.15 a, b, c, d se prezinta schematic momente succesive ale procesu-lui de trecere dintr-o cale de curent in alta a sectiei k (sectia de comutatie), ce face contact cu lamelele de colector 1 si 2. Cu sageata se indica sensul de deplasare al sectiei impreuna cu lamele de colector fata de peria imobila, prin care trece curen-tul 2I_k.

Pentru simplitate in examinarea procesului se neglijeaza grosimea stratului de izolatie dintre lamelele de colector si se admite ca latimea periei este egala cu latimea unei lamele de colector. Se considera ca initial sectia k este intr-o cale de curent a infasurarii indusului si curentul prin ea este egal cu I_k (fig.4.15 a).

La rotatia rotorului in sensul de miscare al acelor de ceasornic, in momentul urmator peria incepe a face contact si cu lamela de colector 1 (fig.4.15 b), prin care sectia este scurtircuitata. Curentul prin ea se reduce, incat o parte din curentul 2I_k, ce trece prin perie, se scurge prin lamela de colector 1 si se poate admite, ca curentul prin lamelele de colector 1 si 2 se distribuie proportional cu marimea suprafetelor  lor de contact cu peria.

In continuare, in rotatia indusului, daca se neglijeaza influenta altor factori, curentul i prin sectia in comutatie va continua a se reduce potrivit unei legi liniare, proportional cu cresterea suprafetei de contact dintre perie si lamela de contact 1. In momentul, cand suprafetele de contact dintre perie si lamelele de colector 1si 2 se egaleaza, curentul i prin sectia k devine nul.

In momentul urmator, suprafata de contact dintre perie si lamela de colector 1 devine mai mare decat aceea dintre perie si lamela de colector 2, datorita careia curentul i prin sectia k schimba de sens (fig.4.15 c).

In continuare curentul i creste dupa o lege liniara si in momentul, cand peria face contact numai cu lamela de colector 1 (fig.4.15 d), el devine egal cu I_k, dar trece in sens invers celui dinaintea comutatiei. Din acest moment sectia k este comutata si se afla in alta cale de curent a infasurarii indusului.

In consecinta, in timpul de la inceputul pana la sfarsitul comutatiei, care se numeste perioada procesului de comutatie ce se noteaza cu T_k, curentul din sectia k schimba sensul si marimea sa de la +I_k la -I_k. Deoarece curentul variaza dupa o lege liniara, aceasta comutatie este numita liniara.

Comutatia liniara este cea mai favorabila, deoarece numai in aceasta curen-tul prin lamelele de contact se distribuie proportional cu suprafata de contact dintre ele si perie. Astfel se asigura densitate de curent identica sub perie, care este una din conditiile de baza ale functionarii fara scantei a masinilor de c.c.

Fig.4.15 a, b, c, d  Explicativa privind desfasurarea

procesului de comutatie la masina de c.c.

Fig.4.16 Tipuri de comutatie a masinii de c.c.

In fig.4.16 cu linia plina 1 este aratata legea de variatie a curentului in sectia in comutatie pentru cazul idealizat al comutatiei liniare. In practica, comutatia este neliniara, deoarece, asupra variatiei curentului din sectia in comutatie influenteaza t.e.m. e_L indusa in aceasta prin autoinductie.

In procesul de comutatie, curentul i prin sectia in comutatie variaza de la +I_k la -I_k. Aceasta variatie are loc foarte rapid. Perioada de comutatie este de la 0,002 s pana la 0,003 s. Datorita acesteia in sectia de comutatie se induce o importanta t.e.m. de autoinductie , care potrivit principiului lui Lentz, tinde a se opune variatiei curentului. In acest caz este prezenta comutatia intarziata si in fig.4.16 cu curba intrerupta 2 se prezinta variatia curentului cand comutatia este neliniara.

La comutatia intarziata, datorita t.e.m. de autoinductie e_L, cresterea curen-tului prin lamela de colector 1 si reducerea curentului prin lamela de colector 2 se intarzie. In acest caz, cand peria acopera suprafete egale ale celor doua lamele de colector, curentul prin lamela 2 va fi mai mare decat curentul prin lamela 1. Pe langa aceasta, partea in retragere a periei de pe lamela de colector 2 va fi suprain-carcata (densitatea de curent este mai mare) si pot apare scantei intre aceasta parte a periei si colector, care provoaca deteriorarea suprafetei periei si colectorului.

Pentru prevenirea acestui fenomen daunator, este necesar in procesul de comutatie a compensa t.e.m. de autoinductie e_L incat comutatia sa se apropie de cea liniara. Aceasta in masura cunoscuta se poate reusi prin deplasarea periilor masinii in zona axei fizice neutre, incat in sectia in comutare se induce t.e.m. de rotatie e_k orientata invers fata de e_L.

In aceasta situatie, t.e.m. e_k nu poate compensa complet t.e.m. e_L, deoarece la variatia sarcinii (variatia curentului prin infasurarea indusului) se modifica si e_L. Pentru a se compensa e_L, este necesar a se modifica continuu e_k prin deplasarea periilor, care practic este imposibil. Iata de ce pentru imbunatatirea comutatiei se utilizeaza polii auxiliari plasati in axa neutra geometrica dintre polii principali, iar infasurarile polilor auxiliari se inseriaza cu infasurarea indusului (aceiasi poli auxiliari servesc si pentru compensarea reactiei indusului - fig.4.13).

Prin acest procedeu, la variatia sarcinii, prin care se modifica e_L se modifica si campul magnetic creat de polii auxiliari. Acest camp induce in sectia in comu-tatie t.e.m. de rotatie e_k corespunzatoare ce compenseaza t.e.m. de autoinductie e_L. La masinile cu polii auxiliari, periile nu se deplaseaza din axa neutra.

Daca t.e.m. de rotatie e_k se arata mai mare decat t.e.m. e_L de autoinductie, este prezenta asa numita comutatie accelerata (variatia curentului in sectia in comutatie se accelereaza - curba 3 din fig.4.16). Comutatia accelerata este nelinia-ra si intocmai ca si cea intarziata nu este de dorit. Prin ea se supraincarca portiunea in retragere a periei de pe lamela de colector 1 si se creaza conditiile de aparitie a scanteilor. Compensarea completa a t.e.m. e_L prin t.e.m. e_k si obtinerea comutatiei liniare la toate sarcinile masinilor de c.c. este practic imposibila. Totodata parame-trii polilor auxiliari se aleg astfel incat sa se obtina compensatia medie a t.e.m. e_L.