Коммутация – это процесс переключения секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие этот процесс явления.

Переход секции из одной параллельной ветви в другую сопровождается изменением как направления, так и значения тока в этой секции.

Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей, а продолжительность процесса коммутации – периодом коммутации Т_к.

Рассмотрим процесс коммутации при следующих допущениях:

ширина щетки равна коллекторному делению;

щетки расположены на геометрической нейтрали (в реальных машинах щетки расположены на осях главных полюсов);

электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору пренебрежительно мало;

нагрузка машины постоянна и ток в каждой параллельной ветви равен i_а.

Рисунок 35 Процесс коммутации

В начальный момент коммутации (t=0) щетка касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней равен i_а. Затем пластина 1постепенно сбегает со щетки и ей на смену набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней постепенно уменьшается.

В середине процесса коммутации (t=0,5Т_к) щетка равномерно перекрывает обе коллекторные пластины и ток в коммутирующей секции уменьшается до нуля.

В конце коммутации (t=Т_к) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакт с пластиной 1, а ток в коммутирующей секции становится равным - i_а , т.е. по значению таким же, что и в начале коммутации, а по направлению – противоположным. При этом коммутирующая секция оказывается в правой параллельной ветви обмотки.

Прямолинейная коммутация имеет место в машине, если в коммутирующей секции ЭДС не наводится или сумма ЭДС в коммутирующей секции равна нулю.

Закон изменения тока коммутирующей секции в функции времени определяется уравнением

I = i_а(1-2t/Т_к).

Это уравнение является линейным, а поэтому график i = f(t) представляет собой прямую линию.

Рисунок 36 График прямолинейной коммутации

Коммутация, при которой ток в коммутирующей секции i изменяется по прямолинейному закону, называется прямолинейной (идеальной) коммутацией.

Важным фактором, определяющим качество коммутации, является плотность тока между щеткой и коллекторными пластинами j₁ и j₂.

Плотность тока под щеткой прямо пропорциональна тангенсу угла между осью абсцисс и графиком изменения тока в коммутирующей секции, т.е. j₁≡tg α₁ и j₂≡tg α₂. Но α₁=α₂, следовательно, плотность тока под щеткой в течение всего периода коммутации остается неизменной (j₁=j₂=const). Это объясняется тем, что при прямолинейной коммутации убывание тока пропорционально убыванию площади контакта щетки с пластиной.

Таким образом, прямолинейная коммутация не сопровождается искрением, так как:

- плотность тока между щеткой и коллекторными пластинами одинакова и постоянна;

- пластина коллектора выходит из под щетки без разрыва тока.