ЭДС, действующие в контуре коммутируемой секции

В контуре коммутируемой секции могут индуцироваться ЭДС двух видов: ЭДС самоиндукции и ЭДС вращения.

Предположим, что машина постоянного тока работает генератором под нагрузкой, когда ток в обмотке якоря находится в фазе с ЭДС вращения. Происходящее в контуре коммутируемой секции изменение тока по силе и направлению сопровождается появлением в этом контуре ЭДС самоиндукции

= , (4.18)

где – собственная индуктивность секции обмотки якоря.

ЭДС вращения может быть создана в контуре коммутируемой секции каким-либо внешним магнитным полем (полем обмотки возбуждения или полем добавочных полюсов) или собственным магнитным полем обмотки якоря.

Направление ЭДС самоиндукции определяется правилом Ленца, в соответствии с которым ЭДС самоиндукции всегда препятствует изменению тока в контуре, т. е. всегда стремится сохранить или поддержать прежние силу и направление тока (рис. 4.8). Здесь, в левой активной стороне коммутируемой секции обмотки якоря, ток меняется с «» на «+», поэтому ЭДС самоиндукции будет направлена к нам.

Если ширина щетки превосходит ширину коллекторной пластины, то в некоторые промежутки времени щетка может перекрывать одновременно две или большее число коллекторных пластин. Это значит, что одновременно могут коммутировать несколько секций обмотки якоря, и тогда изменение тока в одной из коммутируемых секций будет иметь своим следствием появление ЭДС взаимной индукции в соседних секциях, коммутируемых одновременно с данной и находящихся в одном или в соседних пазах с ней. ЭДС взаимной индукции в секции обмотки якоря определяется выражением

,

где М – взаимная индуктивность двух соседних секций обмотки якоря; – ток коммутации в одной из секций, коммутируемых одновременно с данной.

ЭДС и в соответствии с их физической сущностью имеют одно направление, складывая их, получим результирующую ЭДС , называемую реактивной ЭДС (рис. 4.8): = + . Реактивная ЭДС имеет такое же направление, что и ЭДС (рис. 4.8).

ЭДС самоиндукции, в соответствии со своим физическим смыслом, препятствуя изменению тока в коммутируемой секции, обуславливает тем самым замедленную коммутацию.

Ток в коммутируемой секции меняется от (+ ) до (– ) за время, равное периоду коммутации Т, и поэтому среднее значение производной в выражении (4.17) равно 2 / T. Тогда среднее значение ЭДС самоиндукции:

.

Таким образом, среднее значение ЭДС самоиндукции пропорционально току обмотки якоря . Аналогичный вывод можно сделать относительно среднего значения ЭДС и поэтому среднее значение реактивной ЭДС будет также пропорционально току , т. е.

= . (4.19)

Ток обмотки якоря создает МДС обмотки якоря, действующую по линии щеток (рис. 4.9) и вызывающую собственный магнитный поток обмотки якоря (см. рис. 3.4). В результате оказывается, что обмотка якоря вращается в собственном магнитном поле и в ней, в частности в контуре коммутируемой секции, будет индуцироваться ЭДС вращения , направление которой определяется правилом правой руки. В левой активной стороне коммутируемой секции эта ЭДС направлена к нам, а в правой активной стороне имеет противоположное направление.

Из сравнения рис. 4.8 и 4.9 следует, что ЭДС и имеют одинаковые направления. А это означает, что ЭДС и , действующие в контурекоммутируемой секции, обуславливают замедленную коммутацию и искрение под сбегающими краями щеток.

Мгновенное значение ЭДС вращения по общему правилу определяется выражением

=

Так как магнитная индукция поля обмотки якоря пропорциональна токуобмотки якоря , то, следовательно, ЭДС вращения будет также пропорциональна току обмотки якоря:

= . (4.20)

В соответствии с выражениями (4.19) и (4.20) суммарная ЭДС + будет пропорциональна току обмотки якоря , т. е.

+ = . (4.21)