Коллекторной стабилизацией

Если при этом, обойдя коллектор, приходим к кол-лектошому делению, соседнему с исходной коллекторной пластиной, то обмотк.ч будет простой

Несимметричные искусственно-замкнутые обмотки могут быть выполнены с обычным соотношением Z, «п и К. При (К + 1)/р, не равным целому числу, шаги обмотки рассчитывают по условным данным: K'= К + 1 и Z'= Z + 1. Тогдау'к = (К'+ 1) /р равно целому числу. Обмотку выполняют с частичными шагами у^ + у г ~У>=У^- При построении обмотки ( 3.59) шаги отсчитывают от первой коллекторной пластины, причем в конце каждого обхода расчетный шаг уменьшают на единицу. После построения всей обмотки конец последней секции соединяют с первой пластиной коллектора, пропуская провод по лобовым частям. Обмотка применяется редко из-за неудобства закрепления провода, соединяющего конец последней секции с первой коллекторной пластиной [19,23].

ности щетки, поэтому плотности тока в этих точках очень велики. С действительной поверхностью контакта граничит клиновидное пространство между поверхностями щетки и коллектора, причем на некотором участке этого пространства частицы угольной или металлической пыли образуют пылевую зону. Пылевая зона проводит ток при наличии напряжения между поверхностями щетки и коллектора. При протекании тока через скользящий контакт в результате электрического износа происходит выделение мелких зерен диаметром 0,5—1,5 мкм, причем количество зерен пропорционально плотности тока. Следовательно, с увеличением плотности тока проводимость переходного слоя между щеткой и коллекторной пластиной должна возрастать. С пылевой зоной граничит зона пробоя, в которой расстояния между поверхностями щетки и коллектора настолько малы, что ток проводится путем ионной и электронной эмиссии, но лишь при условии предварительного соприкосновения поверхностей. Эта проводимость преобладает при больших плотностях тока под щеткой.

Для теоретического анализа коммутации очень важен выбор правильной аппроксимации свойств щеточного контакта. Наиболее наглядно свойства щеточного контакта отражены в его вольт-амперных характеристиках, представляющих собой зависимости падения напряжения между щеткой и коллекторной пластиной от значения протекающего тока (или плотности тока). Экспериментальные исследования показали, что на форму вольт-амперных характеристик щеток влияют многие факторы: материал щеток, состояние коллекторной оксидной пленки, степень и характер вибрации щеточно-коллекторного узла, температура щеток и коллектора, удельное давление в щеточном контакте, полярность щеток и т. д.

Щетки на коллекторе располагают таким образом, чтобы в секциях обмотки, замыкаемых накоротко, э. д. с. была равна нулю, т. е. они должны быть сдвинуты на физическую нейтраль, что создает неудобства при эксплуатации машины. Если щетки остаются на геометрической нейтрали, то это приводит к уменьшению э. д. с. якоря. [Явление реакции якоря ухудшает процессы, происходящие в контакте щетки — коллектор. При вращении коллектора под щетками они замыкают накоротко соседние коллекторные пластины. При этом в секциях обмотки, замкнутых щеткой, происходит изменение направления тока, так как секции обмотки переходят из одной параллельной ветви в другую ( 12.6). Быстрое изменение тока в секции приводит к возникновению в ней 3. д. с. самоиндукции, а это обусловливает появление электрической дуги между краем щетки и уходящей из-под нее коллекторной пластиной. Переключение секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую и связанные с этим явления называются процессом коммутации.

Рассмотрим принципиальную схему двигателя постоянного тока ( 12.18). В магнитном поле, создаваемом полюсами N и S, вращается один виток обмотки якоря. Концы этого витка соединены с простейшим коллектором, имеющим вид двух изолированных друг от друга полуколец, к которым с помощью щеток а и b подводится напряжение от сети постоянного тока, и в витке появляется ток. В соответствии с законом Ампера на проводник с током со стороны магнитного поля действует электромагнитная сила F=BIl, и виток приходит во вращение в направлении, которое определяется правилом левой руки. Благодаря наличию полуколец (коллектора) при смене сторон витка под полюсами направление тока в нем изменяется, и электромагнитная сила действует в одном и том же направлении. Обмотка якоря состоит из большого числа витков, каждый из которых соединяется с соответствующей коллекторной пластиной. Вращающий момент двигателя создается суммарным взаимодействием проводников с током и магнитного поля машины.

Эти несоответствия между теорией «мостиков» и практикой привели к появлению теории вытягивания дуги из-под щетки *. По этой теории коммутационные дуги, возникающие при искрении щеток, горят некоторое время между щеткой и удаляющейся коллекторной пластиной ( 3.12, а). Если искрение щеток достаточно интенсивно, то каждая из дуг ис"изирует окружающее пространство. В связи с этим каждая следующая дуга горит дольше предыдущей и происходит постепенное вытягивание коммутационных

дуг. Когда ЭДС между щеткой и коллекторной пластиной станет достаточной для поддержания дуги, ток в ней возрастет и дуга распространяется по всему коллектору. На 3.12,6 этому моменту соответствует точка Л, в которой вольт-амперная характеристика дуги (2) пересекается с потенциальной коллекторной кривой (/), показывающей значение напряжения между щеткой и коллектор-

В начале коммутации щетка соприкасается с первой коллекторной пластиной 1 ( 4.4, а), затем она перекрывает две пластины

( 4.4, б) ; заканчивается коммутация, когда щетка соприкасается только со второй коллекторной пластиной 2 ( 4.4, в) .

Этот закон именения тока характеризует идеальную прямолинейную коммутацию. Для нее характерно не только то, что сбегающая коллекторная пластина выходит из-под щетки без разрыва тока, но и то, что плотность тока под щеткой в местах ее соприкосновения с пластинами остается все время постоянной, равной среднему значению /щ1=/щ2=21'а/5щ, где 5Щ — площадь контактной поверхности щетки. Так, например, в месте контакта щетки с первой коллекторной пластиной /пи = н/5щ1, но i=i0+i=2t"a(l—t/TK) и площадь соприкосновения щетки с первой пластиной 5Щ=5Щ(1 —

Усилитель с коллекторной стабилизацией обладает меньшей стабильностью, чем усилитель с эмиттерной стабилизацией, но он не требует повышения напряжения питания коллекторной цепи.

В схеме на 18.6, а стабилизация режима достигается включением резистора между базой и коллектором. При этом транзистор оказывается охваченным параллельной ООС по напряжению. Это приводит к уменьшению входного и выходного сопротивлений, а также к стабилизации режима. Такой способ получил название коллекторной стабилизации. Каскады с коллекторной стабилизацией сохраняют нормальную работу при перепадах температуры до 30° С и изменении (36 т транзисторов до двух раз.

Из этой формулы следует, что ?/эвСр в основном зависит от f/к.ср и поэтому изменение режима работы (независимо от причины) приведет к изменению t/к.ср, которое, в свою очередь, воздействуя на l/эъср, автоматически произведет коррекцию режима. Для примера рассмотрим поведение фильтра при возрастании температуры. Возросший коллекторный ток /кср при этом приведет к росту USblx.cp и уменьшению напряжения t/кср- Согласно (VI. 65) уменьшение UKcp приведет к падению f/эвср, вследствие чего упадет ток /Кср, возвращаясь примерно к его значению до возрастания. Поэтому схему, приведенную на pnc.VI.S, б, называют с автоматическим смещением, или с коллекторной стабилизацией режима работы.

3.2.5. СХЕМА ЦЕПИ ПИТАНИЯ С КОЛЛЕКТОРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ

В том случае, когда не требуется очень в.ысокая стабильность тока коллектора, можно воспользоваться более простой схемой стабилизации, которая дает удовлетворительные результаты стабилизации при относительно небольшом технологическом разбросе параметров. В этой схеме, как и в предыдущей, стабилизация осуществляется с помощью отрицательной ОС '(см. 2.30), но не по току, а по напряжению. Такая схема стабилизации коллекторного тока получила название схемы с коллекторной стабилизацией ( 3.12). Здесь элементом цепи ОС является резистор /?б. Стабилизация тока покоя коллектора осуществляется следующим образом. Пусть под действием дестабилизирующего фактора ток покоя коллектора увеличился, как следствие этого, возрос его ток эмиттера (/к =/1216/9) и уменьшилось напряжение коллектор — эмиттер (t/кэ = =Е—1эКк), что привело к снижению тока базы /Б = = '(UK&—^вэ)/#б, а с уменьшением тока базы снизился и ток коллектора /к^^э/в- Иными словами, увеличение или уменьшение тока коллектора будет встречать противодействие со стороны отрицательной ОС.

3.2.5. Схема цепи питания с коллекторной стабилизацией 126

4.9.7. Цепь смещения с коллекторной стабилизацией

Здесь также используется отрицательная обратная связь, параллельная по напряжению, элементом которой является резистор Rb. Эта обратная связь действует следующим образом. При изменении, допустим, увеличении коллекторного тока возрастает ток 1Е и понижается напряжение UC = E(,—i/?'e/E, что вызывает уменьшение тока базы /в=(?/с— —UB)/>Rb и, следовательно, тока коллектора; это явление надо по- 4.67. Схема цепи питания с кол- нимать так, что изменение коллекторной стабилизацией (с автома- лекторного тока встречает Проти-тическим смещением по току базы) „r r r

Цепь смещения с коллекторной стабилизацией. Сопротивление резистора /?ь .должно быть равно величине

смещения с эмиттерно-коллекторной стабилизацией. Полагая, что RE — — 300 Ом, t/?'c= 1 кОм и /?/=2 кОм, и сохраняя прежние значения Uc, /с и Rt=RbiRb2/(-Rbi+Jtbz)=i кОм, получаем Ям =6,2 кОм и Яь2=1,2 кОм, при этом эквивалентные сопротивления Rbo, REO и изменение коллекторного тока описываются ф-лами (4.215) и (4.211) при замене в последней j?b и КЕ на /?ьо и /??(>:

Результаты расчета показывают, что схемы с фиксацией величин IB и UB, А также с коллекторной стабилизацией не удовлетворяют нормально требуемому условию Д/с ^ (0, 1-т-0, 5) /с- Схемы с эмиттерной и эмиттерно-коллекторной стабилизацией характеризуются вполне допустимыми отклонениями коллекторного тока (соответственно 26,4 и 15,2%), однако схема со сложной стабилизацией требует сравнительно высокого напряжения источника питания ?о = 24,5 В.