Прямолинейного проводника

График изменения тока при прямолинейной коммутации изображен прямой 1 на 1.40.

При ек + е* 7 О ток изменяется сначала медленнее, чем при прямолинейной коммутации, В этом случае наблюдается криволинейная замедленная коммутация ( 1.40, кривая 2). При замедленной коммутации скорость изменения тока в конце периода коммутации оказывается больше, чем при прямолинейной коммутации. Это влечет за собой появление большой э.ц.с. самоиндукции и искрение поц сбегающим краем щетки.

Коммутация, соответствующая этому закону изменения тока в коммутируемой секции, называется прямолинейной, т. е. ток в секции изменяется линейно от времени. Плотность тока при прямолинейной коммутации постоянна под всей поверхностью щетки. Если сумма ЭДС в коммутируемом контуре не равна нулю, то, решая (15.2) и (15.5) относительно тока в коммутируемой секции, при допущении Rc = 0 получим

Второе слагаемое представляет собой добавочный ток iK, накладываемый на ток прямолинейной коммутации. Реактивная ЭДС ev, являясь ЭДС самоиндукции, замедляет процесс изменения тока в секции. Коммутирующая ЭДС ек может быть одного знака с ер или разных. В первом случае, когда ери ек одинаковых знаков

или ер > ev, коммутация замедлена. Во втором случае, когда ек > ер, коммутация ускорена. Кривые изменения тока в коммутируемой секции представлены на 15.5, а, б, в. Во всех случаях при отклонении от прямолинейной коммутации происходит перераспределение плотности тока под краями щетки. О плотности тока под краем щетки можно судить по тангенсу угла а: Ji = (2iJSm)ig at; ./2 = (2ia/Sm)tg a2, где аь а2 — углы наклона касательной к кривой тока соответственно под набегающим и сбегающим краями щетки.

Первый член правой части (15.14) и (15.15) представляет собой ток прямолинейной коммутации, а второй — добавочный ток iK. Теория оптимальной коммутации предполагает, что в сбегающем крае щетки, еще до момента завершения коммутации, выполняются условия t'2 as 0 и dijdt « 0, т. е. в кривой тока коммутируемой. секции имеет место период (или ступень) малого тока.

В момент времени ts ток в сбегающей коллекторной пластине проходит через нуль и вентиль закрывается. Цепь коммутируемой секции оказывается разомкнутой, а щетка В — обесточенной. При прямолинейной коммутации момент времени (у совпадает с окончанием периода коммутации Т. При ускоренной коммутации ток в коммутируемой секции быстрее достигает значения —ia и ток в пластине 2 проходит через нуль в момент времени 1Я, меньший периода коммутации Т. Таким образом, при t3 < Т отключение, т. е. разрыв короткозамкнутого контура, осуществляется вспомогательным вентилем, а не щеткой. Обе части щетки размыкают обесточенные цепи. В момент времени /3 к вентилю прикладывается напряжение контура в обратном направлении. Это напряжение должно быть меньше напряжения пробоя вентиля и не менять знак до схода щетки В с коллекторной пластины. Если напряжение сменит знак, то через щетку В в момент окончания коммутации будет идти ток и щетка может искрить. Исследования показали, что применение вентилей позволяет существенно улучшить коммутацию и при замедленном ее характере.

В первом случае ток изменяется медленнее, чем при идеальной прямолинейной коммутации (замедленная коммутация), и в момент t = TK, когда пластина / (см. 4.4, в) выходит из-под щетки, происходит разрыв тока iOCT, так как ток t'i не равен нулю.

Если считать, что сопротивление щеточного контакта обратно пропорционально площади поверхности соприкосновения щетки с пластиной, то ток в коммутируемой секции изменяется так же, как при идеальной прямолинейной коммутации:

Теория среднепрямолинейной коммутации, построенная на основе анализа электромагнитных процессов, дает не только методологически ясную картину (общую для всех выпрямителей и инверторов), но и позволяет решить, как будет показано ниже, важные практические задачи при сложных условиях коммутации: щетка перекрывает несколько пластин, в пазу расположено несколько секций и т. д.

5. Нарисуйте диаграммы изменения тока секции при идеальной прямолинейной коммутации. То же, при ускоренной и замедленной коммутации.

6.2. Картины магнитных полей прямолинейного проводника (а), катушки (б) И ПОСТОЯННОГО МИ1-

напряженность поля вокруг бесконечного прямолинейного проводника с током

Для прямолинейного проводника с током, помещенного перпендикулярно к маг-•нитным силовым линиям, F равно:

2. Объясните сущность правила буравчика для прямолинейного проводника и соленоида.

Обе формулы относятся к случаю движения проводника в равномерном магнитном поле с постоянной индукцией В перпендикулярно направлению магнитных линий ( 83). Буквой /а обозначена активная длина проводника, т. е. осевая длина той части прямолинейного проводника, которая находится в зоне магнитного поля.

друг от друга проводников, находящихся в воздухе и несущих равные токи в одном направлении. Линии ферромагнитных поверхностей ( 17.5, б) заменены линиями равного магнитного потенциала. Все поле делится на одинаковые части эквипотенциальными прямыми. Таким образом, поле прямолинейного проводника с током

Задача 3. Закон Ленца. От прямолинейного провода с током удаляют прямоугольную проволочную рамку со скоростью v ( 4.4). Определить направление тока, индуцированного в рамке. При удалении рамки от проводника с током магнитный поток, пронизывающий плоскость рамки, будет уменьшаться, так как напряженность поля вокруг прямолинейного проводника Н = =I/2nR, т. е. напряженность поля при удалении от провода уменьшается. На основании принципа Ленца,

Задача 3. Закон Ленца. От прямолинейного провода с током удаляют прямоугольную проволочную рамку со скоростью v ( 4.4). Определить направление тока, индуцированного в рамке. При удалении рамки от проводника с током магнитный поток, пронизывающий плоскость рамки, будет уменьшаться, так как напряженность поля вокруг прямолинейного проводника Я = =1/2 nR, т. е. напряженность поля при удалении от провода уменьшается. На основании принципа Ленца,

Магнитное поле прямолинейного проводника с током имеет вид концентрических окружностей ( 3.5, а). Направление поля определяют по правилу буравчика. Вследствие симметрии напряженность поля во всех точках, равноудаленных от оси проводника, одинакова. В качестве контура выберем окружность радиусом г, совпадающую с силовой линией поля. Так как контур совпадает с магнитной линией, длина вектора напряженности и его проекция на касательную в любой точке равны между собой: Я/ = //г.

Пример 3.1. На расстоянии а = 8 см от оси длинного прямолинейного проводника с током напряженность поля // = 8,5 А/см. Определить ток в проводнике.

Напряженность магнитного поля прямолинейного проводника с током, по формуле (3.7), Н\ =/1/(2ла). Тогда выражение для F\ 2 примет вид F\ 2 = Ца/1/2// (2ла).