W naszym codziennym życiu używanie maszyn prądu stałego do codziennych potrzeb stało się czymś powszechnym. Maszyna DC to konwersja energii urządzenie, które sprawia konwersje elektromechaniczne . Istnieją dwa typy maszyn prądu stałego - silniki prądu stałego i Generatory prądu stałego . Silniki prądu stałego przekształcają energię elektryczną prądu stałego w ruch mechaniczny, podczas gdy generatory prądu stałego przekształcają ruch mechaniczny w prąd stały. Ale haczyk polega na tym, że prąd generowany w generatorze prądu stałego jest prądem przemiennym, ale wyjście generatora to prąd stały !! W ten sam sposób zasada działania silnika ma zastosowanie, gdy prąd w cewce zmienia się, ale moc przyłożona do silnika prądu stałego to prąd stały !! Więc jak działają te maszyny? Odpowiedzią na to cudo jest małe urządzenie o nazwie „Commutator”.
Co to jest komutacja?
Komutacja w maszynach prądu stałego to proces, w którym następuje odwrócenie prądu. W generatorze prądu stałego proces ten służy do przekształcenia indukowanego prądu przemiennego w przewodach na wyjście prądu stałego. W silnikach prądu stałego komutacja służy do odwrócenia kierunków Prąd stały przed nałożeniem na cewki silnika.
Jak przebiega proces komutacji?
Pomaga w tym urządzenie o nazwie Commutator. Przyjrzyjmy się działaniu silnika prądu stałego, aby zrozumieć proces komutacji. Podstawową zasadą, na której działa silnik, jest indukcja elektromagnetyczna. Kiedy prąd przepływa przez przewodnik, wytwarza wokół niego linie pola magnetycznego. Wiemy również, że kiedy magnetyczna północ i magnetyczne południe są zwrócone ku sobie, magnetyczne linie sił przesuwają się od magnesu bieguna północnego do magnesu bieguna południowego, jak pokazano na poniższym rysunku.
Magnetyczne linie sił
Kiedy przewodnik z indukowanym wokół niego polem magnetycznym znajdzie się na drodze tych magnetycznych linii sił, blokuje ich drogę. Więc te linie magnetyczne próbują usunąć tę przeszkodę, przesuwając ją w górę lub w dół, w zależności od kierunku prądu w kierowca . Powoduje to efekt motoryczny.
Wpływ silnika na cewkę
Kiedy plik Cewka elektromagnetyczna jest umieszczony pomiędzy dwoma magnesami skierowanymi na północ od innego magnesu, linie magnetyczne przesuwają cewkę w górę, gdy prąd płynie w jednym kierunku, i w dół, gdy prąd w cewce jest w kierunku przeciwnym. Powoduje to ruch obrotowy cewki. Aby zmienić kierunek prądu w cewce, dwa metale w kształcie półksiężyca są przymocowane do każdego końca cewki zwanej Komutatorem. Szczotki metalowe są umieszczone jednym końcem przymocowanym do akumulatora, a drugim podłączonym do komutatorów.
Silnik prądu stałego
Komutacja w maszynie DC
Każda cewka twornika zawiera na końcu dwa komutatory. W celu transformacji prądu segmenty komutatora i szczotki powinny utrzymywać stale poruszający się kontakt. Aby uzyskać większe wartości wyjściowe, w maszynach prądu stałego stosuje się więcej niż jedną cewkę. Tak więc zamiast jednej pary mamy kilka par segmentów komutatora.
Komutacja DC
Cewka jest zwarta przez bardzo krótki czas za pomocą szczotek. Ten okres jest znany jako okres komutacji. Rozważmy silnik prądu stałego, w którym szerokość prętów komutatora jest równa szerokości szczotek. Niech prąd płynący przez przewodnik będzie Ia. Niech a, b, c będą segmentami komutatora silnika. Odwrócenie prądu w cewce. Tj. proces komutacji można zrozumieć za pomocą poniższych kroków.
Pozycja-1
pozycja 1
Niech Armatura zacznie się obracać, a następnie szczotka przesunie się po segmentach komutatora. Niech pierwsza pozycja styku komutatora szczotek będzie w segmencie b, jak pokazano powyżej. Ponieważ szerokość komutatora jest równa szerokości szczotki, w powyższym położeniu łączne powierzchnie komutatora i szczotki stykają się ze sobą. Całkowity prąd przewodzony przez segment komutatora do szczotki w tym położeniu wyniesie 2Ia.
Pozycja-2
Teraz twornik obraca się w prawo, a szczotka styka się z prętem a. W tej pozycji całkowity prąd przewodzony będzie wynosił 2Ia, ale prąd w cewce się zmienia. Tutaj prąd płynie przez dwie ścieżki A i B. 3/4 2Ia pochodzi z cewki B, a pozostała 1/4 pochodzi z cewki A. KCL jest przykładany do odcinka a i b, prąd płynący przez cewkę B jest redukowany do Ia / 2, a prąd pobierany przez odcinek a wynosi Ia / 2.
pozycja 2
Pozycja-3
W tym położeniu połowa szczotki styka się z segmentem a, a druga połowa z segmentem b. Ponieważ całkowity prąd pobierany przez szczotkę wynosi 2Ia, prąd Ia jest pobierany przez cewkę A, a Ia jest pobierany przez cewkę B. Za pomocą KCL możemy zaobserwować, że prąd w cewce B będzie wynosił zero.
pozycja 3
Pozycja-4
W tej pozycji jedna czwarta powierzchni szczotki będzie w kontakcie z segmentem b, a trzy czwarte z segmentem a. Tutaj prąd pobierany przez cewkę B wynosi - Ia / 2. Tutaj możemy zaobserwować, że prąd w cewce B jest odwrócony.
pozycja 4
Pozycja-5
W tej pozycji szczotka jest w pełnym kontakcie z segmentem a, a prąd z cewki B ma wartość Ia, ale jest w odwrotnym kierunku do kierunku prądu z pozycji 1, więc proces komutacji odcinka b jest zakończony.
pozycja 5
Skutki komutacji
Obliczenie nazywa się komutacją idealną, gdy odwrócenie prądu jest zakończone przed końcem okresu komutacji. Jeśli odwrócenie prądu zostanie zakończone w okresie komutacji, na styku szczotek nastąpi iskrzenie i następuje przegrzanie uszkadzające powierzchnię komutatora. Ta wada nazywa się słabo komutowaną maszyną.
Aby zapobiec tego typu defektom, istnieją trzy rodzaje metod poprawy komutacji.
- Komutacja oporu.
- Komutacja EMF.
- Uzwojenie kompensacyjne.
Komutacja oporu
Aby rozwiązać problem złej komutacji, zastosowano metodę komutacji oporowej. W tej metodzie szczotki miedziane o niższej rezystancji zastępowane są szczotkami węglowymi o większej wytrzymałości. Opór rośnie wraz ze zmniejszaniem się powierzchni przekroju. Zatem opór końcowego segmentu komutatora rośnie, gdy szczotka przesuwa się w kierunku segmentu wiodącego. W związku z tym segment wiodący jest najbardziej preferowany dla bieżącej ścieżki, a duży prąd pobiera ścieżkę zapewnianą przez segment wiodący, aby dotrzeć do szczotki. Można to dobrze zrozumieć, patrząc na poniższy rysunek.
Na powyższym rysunku prąd z cewki 3 może mieć dwie ścieżki. Ścieżka 1 od cewki 3 do cewki 2 i segmentu b. Ścieżka 2 od zwartej cewki 2, następnie cewka 1 i segment a. Gdy używane są szczotki miedziane, prąd będzie podążał ścieżką 1 ze względu na niższy opór oferowany przez ścieżkę. Ale gdy używane są szczotki węglowe, prąd preferuje Ścieżkę 2, ponieważ gdy obszar kontaktu między szczotką a segmentem zmniejsza się, opór wzrasta. Zatrzymuje to wczesne odwrócenie prądu i zapobiega iskrzeniu w maszynie prądu stałego.
Komutacja EMF
Właściwość indukcyjna cewki jest jedną z przyczyn powolnego odwracania prądu podczas procesu komutacji. Problem ten można rozwiązać, neutralizując napięcie reaktancji wytwarzane przez cewkę przez wytwarzanie odwrotnej e.m.f w cewce zwarciowej w okresie komutacji. Ta komutacja EMF jest również znana jako komutacja napięcia.
Można to zrobić na dwa sposoby.
- Metoda Brush Shifting.
- Korzystając z biegunów komutacyjnych.
W metodzie przesuwania szczotek szczotki są przesuwane do przodu w przypadku generatora prądu stałego i do tyłu w silniku prądu stałego. To tworzy strumień w strefie neutralnej. Gdy cewka komutująca odcina strumień, indukowane jest małe napięcie. Ponieważ pozycja szczotki musi być zmieniana przy każdej zmianie obciążenia, ta metoda jest rzadko preferowana.
W drugiej metodzie stosuje się słupy komutacyjne. Są to małe bieguny magnetyczne umieszczone między biegunami głównymi zamontowanymi na stojanie maszyny. Są one połączone szeregowo ze zworą. Ponieważ prąd obciążenia powoduje powrót e.m.f. te komutujące bieguny neutralizują położenie pola magnetycznego.
Bez tych biegunów komutujących szczeliny komutatora nie pozostałyby wyrównane z idealnymi częściami pola magnetycznego, ponieważ położenie pola magnetycznego zmienia się z powodu wstecznej e.m.f. Podczas okresu komutacji te bieguny komutujące indukują e.m.f w cewce zwarciowej, która przeciwstawia się napięciu reaktancji i zapewnia komutację beziskrową.
Biegunowość biegunów komutujących jest taka sama, jak bieguna głównego znajdującego się obok niego dla generatora, natomiast biegunowość biegunów komutujących jest przeciwna do biegunów głównych w silniku.
Uczyć się o komutator stwierdziliśmy, że to małe urządzenie odgrywa znaczącą rolę w prawidłowym działaniu maszyn prądu stałego. Komutatory nie tylko jako przetwornica prądu, ale także dla bezpiecznego funkcjonowania maszyn bez uszkodzeń spowodowanych iskrami, są bardzo przydatnymi urządzeniami. Jednak wraz z postępującym rozwojem technologii komutatory są zastępowane nową technologią. Czy możesz wymienić nową technikę, która w ostatnich dniach zastąpiła komutatory?
