Quando
un conduttore di indotto, tramite la lamella del collettore cui è
collegato, abbandona il contatto con la spazzola, la corrente che lo
percorre si inverte passando dal valore I/2
al valore -I/2,
( conduttori rossi nella
animazione di destra), nell'ipotesi di una macchina a due vie
interne.
Chiameremo
tempo di commutazione il tempo impiegato dalla lamella del collettore ad
abbandonare completamente la spazzola e vale, se v
è la velocità periferica delle lamelle ed
l
la loro larghezza
tc=l/v. Durante questo tempo i conduttori
attraversano l'asse neutro geometrico (separazione tra le zone polari,
verde e giallo nell'animazione) e la spazzola si trova in contatto con due
lamelle. La superficie di contatto tra la spazzola la lamella che
sta per abbandonarla, diminuisce secondo la legge Sc(t)=Sl*(1-t/tc),
avendo indicato con Sl
la superficie della
lamella. Quando tutta la superficie della lamella è in contatto con la
spazzola la densità di corrente nella lamella è d=I/Sl.
Durante il tempo di commutazione, la porzione di lamella ancora in contatto
con la spazzola è attraversata dalla corrente il(t)=I/2+i(t)
essendo i(t)
l'intensità di corrente nei conduttori
in cui sta avvenendo l'inversione, i quali formano una spira (spira in
commutazione) essendo posti in contatto dalla spazzola. L'ideale
sarebbe che nella porzione di lamella che sta abbandonando la spazzola
la densità rimanesse costante. Imponendo questa condizione potremo
ottenere l'andamento ideale della corrente i(t).
Dunque:
I/Sl
= (I/2+i(t))/(Sl*(1-t/tc))
da
cui si
può ricavare l'andamento ideale di questa intensità di corrente:
i(t)=I/2-I*t/tc
E'
questa l'equazione della retta mostrata in figura. L'andamento reale della
corrente però si discosta da tale retta ed ha all'incirca l'andamento
della seconda curva (rossa) della stessa figura. Si capisce allora come,
essendo i valori di i (t) mediamente più elevati di quelli ideali, la densità di
corrente aumenta tanto più quanto minore è la superficie di contatto. Al
momento del distacco è massima. Tutto questo è causa di surriscaldamento
delle lamelle e di archi (scintillio) tra spazzola e lamella.
Lo
scostamento dall'andamento ideale è dovuto:
-
all'induttanza della spira in commutazione;
-
alla deformazione del campo induttore per la reazione di indotto che
sposta in avanti l'asse neutro.
Il
modo più efficace per limitare questo fenomeno, causa di usura di
collettore e spazzole, e riportare più vicino
all'andamento ideale la i(t), è quello di usare poli supplementari posti
sull'asse neutro percorsi dalla corrente di indotto in modo da creare un
campo magnetico che favorisca l'inversione.