DC マシンのスイッチング

DC 機械のスイッチングは、電機子巻線のワイヤが平行な分岐から別の分岐に移動するとき、つまりブラシが配置されている線を横切るときに、電機子巻線の電流の方向が変化することによって引き起こされる現象として理解されます (ラテン語のcommunatio — 変化）。リング電機子を例にして転流現象を考えてみましょう。

図では。図１は、４本のワイヤ、コレクタの一部（２枚のコレクタプレート）およびブラシからなる電機子巻線の一部の走査を示す。ワイヤ 2 と 3 はスイッチド ループを形成します。図 1 では、a は切り替え前の位置で示されています。 1、c — 切り替え後、図では。 1、b — スイッチング期間中。コレクタと電機子巻線は矢印の方向に回転速度 n で回転し、ブラシは静止しています。

スイッチング前の瞬間、電機子電流 Iya はブラシと右側のコレクタ プレートを通過し、電機子巻線の平行な分岐間で半分に分割されます。ワイヤ 1、2、3 とワイヤ 4 は、異なる並列分岐を形成します。

切り替え後、ワイヤ 2 と 3 は別の並列分岐に切り替わり、それらの電流の方向が反対に変わりました。この変化はスイッチング周期 Tk に等しい時間内に発生しました。ブラシが右側のプレートから隣接する左側のプレートに移動するのにかかる時間（実際にはブラシは一度に複数のコレクタプレートに重なっていますが、原則として、これは切り替えプロセスには影響しません）...

米。 1. 電流スイッチングプロセスの図

スイッチング周期の瞬間の 1 つを図に示します。 1、b.切り替えられる回路は、集電板とブラシからの短絡であることがわかります。転流期間中にループ 2-3 内の電流の方向が変化するため、これはループに交流電流が流れ、交流磁束が生成されることを意味します。

後者は、スイッチド ループ内で e. を引き起こします。等v. 自己誘導 eL または反応性 e.等v. レンツの原理によると、例:等c. 自己誘導により、ワイヤ内の電流が同じ方向に保たれる傾向があります。したがって、eL の方向は、スイッチング前のループ内の電流の方向と一致します。

eなどの影響でc. 短絡2-3の自己誘導では、ループ抵抗が小さいため、追加で大きな電流idが流れます。ブラシと左プレートの接触点では、id 電流は電機子電流に逆らう方向に流れ、ブラシと右プレートの接触点では、これらの電流の方向が一致します。

スイッチング期間の終わりに近づくほど、ブラシと右側のプレートの接触面積が小さくなり、電流密度が高くなります。スイッチング期間の終わりに、右プレートとのブラシ接触が解除され、電気アークが形成されます。現在の ID が高いほど、アークはより強力になります。

ブラシが幾何学的中性点に配置されている場合、スイッチ回路ではアーマチュアの磁束によって e が誘導されます。等v. ヘブルの回転。図では。図２は、幾何学的中性点およびｅの方向に位置するスイッチドループの導体を拡大して示す。等c. スイッチング前のこのワイヤの電機子電流の方向と一致する発電機の自己インダクタンス eL。

Heb の方向は右手の法則によって決まり、常に eL の方向と一致します。その結果、IDはさらに増加し​​ます。ブラシとコレクタ プレートの間に電気アークが発生すると、コレクタの表面が破壊され、ブラシとコレクタの間の接触が悪くなる可能性があります。

米。 2. 転流ループにおける起電力の方向

スイッチング条件を改善するために、ブラシは物理的に中立にシフトされます。ブラシが物理的中性点に配置されている場合、付属のコイルは外部磁束と交差せず、e.等v. 回転は誘発されません。図に示すように、物理的中立性を超えてブラシを移動すると、 3 の場合、スイッチド ループでは、結果として生じる磁束によって e が誘導されます。等ek は e と逆の方向になります。等v. 自己誘導 eL。

このようにして、e.だけでなく補償も行われます。等v. 回転だけでなく、e. なども含まれます。 v. 自己誘導（部分的または完全）。前述したように、物理的ニュートラルのせん断角は常に変化するため、通常、ブラシはそれに対して平均的な角度でオフセットして取り付けられます。

eの削減。等と含まれるループ内で電流が減少すると、ブラシと集電板間の放電が弱まります。

追加の極 (図 4 の Ndp および Sdn) を設置することにより、スイッチング条件を改善することができます。追加の極は幾何学的中立点に沿って配置されます。発電機の場合、同じ名前の追加の極が電機子の回転方向で主極の後ろに配置され、モーターの場合はその逆になります。追加の極の巻線は、それらによって生成される磁束 Fdp が電機子磁束 Fya に向けられるように、電機子巻線と直列に接続されます。

米。 3. ブラシが物理的中性点を超えて移動したときのスイッチング ループ内の起電力の方向

米。 4. 追加極の巻線の回路図

両方の磁束は単一の電流 (電機子電流) によって生成されるため、各電機子での磁束の値が等しくなるように、追加の極の巻線の巻数と、それらと電機子の間の空隙を選択することができます。現在の。補助極磁束は常に電機子磁束を補償するため、e.等v. スイッチド ループでは回転がありません。

追加の極は通常、その磁束がスイッチ回路に e を誘導するように作成されます。 d. s は eL + Heb の合計に等しい。次に、ブラシが右側のコレクタプレートから離れる瞬間（図1のcを参照）には、電気アークは発生しません。

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