Слово "коммутация" можно перевести как переключение. На рис. 38 показана волновая обмотка, разделенная щетками на две параллельных ветви — правую и левую. Если секция 1 находится в левой ветви, то ток проходит от начала Н к концу К. При вращении коллектора секция 1 окажется в правой ветви, и ток начнет протекать от конца К началу Н. В этом и заключается суть переключения секции из одной ветви в другую. В реальных условиях коммутация проходит намного сложнее. На рис. 39 это показано подробнее. Сначала щетка соединяется с пластиной коллектора 1, и ток, разделяясь пополам, уходит в левую и правую параллельные ветви. В следующий момент щетка соединяет пластины 1 и 2, накоротко замыкая данную секцию. Ток продолжает поступать в обе ветви, а ток самой секции окажется равным нулю.

Рис. 38. Переход секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую

В ходе дальнейшего вращения якоря по мере схода пластин 1 со щетки ток секции начинает возрастать, но в обратной полярности. Процесс изменения тока в секции заканчивается, секция перешла из правой ветви в левую. Поскольку время коммутации практически очень мало, сопротивление цепи также достаточно низко (сопротивление проводников обмотки якоря и контакта "щетка — коллектор"), ток в секции изменяется очень быстро, и в ней наводится э.д.с. самоиндукции е8, которая проявляет себя в виде добавочных токов большой величины.

Обычно в пазах сердечника якоря уложена не одна, а несколько секций. Кроме того, щетка перекрывает несколько пластин. Поэтому изменяющиеся магнитные потоки захватывают соседние проводники, в которых возникает э.д.с. взаимоиндукции ет. Полная э.д.с, появляющаяся в секциях, называется реактивной (вр) и равна сумме э.д.с. самоиндукции и взаимоиндукции:

ер = еБ + ет

Чтобы улучшить коммутацию, принимают меры, позволяющие снизить добавочные токи реактивной э.д.с. Для этого служат дополнительные полюса, соединенные последовательно с обмоткой якоря. Их магнитный поток сосредоточен в узкой коммутационной зоне и независимо от нагрузки машины они компенсируют реактивную э.д.с.

Таким образом, под коммутацией понимают все процессы и явления, которые происходят между коллектором и щетками во время работы электрической машины. О качестве коммутации судят по искрению: если искрения нет, говорят — хорошая коммутация, если искрение большое — плохая. Оценка искрения согласно стандарту приведена в табл. 2

Начало коммутации Замыкание секции накоротко Конец коммутации Рис. 39. Распределение тока в коммутируемой секции в различные моменты

коммутации

Таблица 2

Степень искрения

Характеристика искрения

Состояние коллектора

1

Отсутствие искрения, темная коммутация

1/2

Слабое точечное искрение

Отсутствие почернения коллектора и нагара на щетках

1/4

Слабое искрение под большей частью щетки

Следы почернения коллектора и нагар на щетках легко устраняются протиранием коллектора бензином

2

Искрение под всем краем щетки, допускается только при кратковременных перегрузках

Почернение коллектора и нагар на щетках не устраняются протиранием бензином

3

Значительное искрение под всей щеткой (крупные вылетающие искры), не допускаемое для нормальной эксплуатации

Значительное почернение коллектора, не устраняемое протиранием бензином, сильный подгар и частичное разрушение щеток

' Кроме дополнительных полюсов, коммутацию улучшает правильный подбор щеток. Используя щетки с повышенным электрическим сопротивлением, добиваются уменьшения токов, наводимых реактивной э.д.с. На тяговых двигателях применяют электрографитированные щетки ЭГ-2А и ЭГ-61А, имеющие повышенное электрическое сопротивление. Большое значение имеет ширина щетки. Чем уже щетка, тем меньше коммутационная зона и реактивная э.д.с. вр. Опыт показывает, что щетка должна перекрывать 3-4 коллекторных пластины.

Повышенное искрение при плохой коммутации может привести к круговому огню на коллекторе. Дуга, появившаяся между двумя коллекторными пластинами из-за загрязнения изоляции, может растягиваться по коллектору или перебрасываться между щетками разной полярности, а также на заземленные части. Круговой огонь — это разрушительный режим работы двигателя.

Возможность кругового огня увеличивается в режиме ослабленного возбуждения,при боксовании колесных пар. В первом случае к этому приводит значительно возросший ток якоря, во втором — перераспределение напряжения между двигателями. Напряжение на боксующем двигателе увеличивается, возрастает напряжение между коллекторными пластинами, что способствует круговому огню. Запомним, что боксование — это почти всегда круговой огонь с тяжелыми последствиями для двигателя.

Реакция якоря | Электропоезда постоянного тока | Регулирование частоты вращения