În viața noastră de zi cu zi, utilizarea mașinilor de curent continuu pentru nevoile noastre de zi cu zi a devenit un lucru obișnuit. Mașina de curent continuu este un conversie de energie dispozitiv care face conversii electromecanice . Există două tipuri de mașini de curent continuu - motoarele de curent continuu și Generatoare de curent continuu . Motoarele de curent continuu convertesc puterea electrică de curent continuu în mișcare mecanică, în timp ce generatoarele de curent continuu convertesc mișcarea mecanică în curent continuu. Dar captura este că curentul generat într-un generator de curent continuu este un CA, dar ieșirea generatorului este de curent continuu !! În același mod, principiul motorului este aplicabil atunci când curentul din bobină alternează, dar puterea aplicată unui motor DC este DC !! Atunci cum funcționează aceste mașini? Răspunsul la această minune este dispozitivul mic numit „Comutator”.
Ce este Comutarea?
Comutarea în mașinile de curent continuu este procesul prin care are loc inversarea curentului. În generatorul de curent continuu acest proces este utilizat pentru a converti AC indus în conductori la o ieșire de curent continuu. În motoarele de curent continuu, comutarea este utilizată pentru inversarea direcțiilor Curent continuu înainte de a fi aplicat pe bobinele motorului.
Cum are loc procesul de comutare?
Dispozitivul numit Commutator ajută la acest proces. Să ne uităm la funcționarea unui motor DC pentru a înțelege procesul de comutare. Principiul de bază pe care funcționează un motor este inducția electromagnetică. Când curentul este trecut printr-un conductor, acesta produce linii de câmp magnetic în jurul său. Știm, de asemenea, că atunci când un nord magnetic și un sud magnetic se confruntă unul cu celălalt, liniile magnetice de forță se deplasează de la magnetul Polului Nord la magnetul Polului Sud așa cum se arată în figura de mai jos.
Liniile magnetice ale forțelor
Când conductorul cu un câmp magnetic indus în jurul său, este plasat în calea acestor linii magnetice de forță, acesta le blochează calea. Deci, aceste linii magnetice încearcă să înlăture acest obstacol, fie deplasându-l în sus, fie în jos, în funcție de direcția curentului în conducător auto . Acest lucru dă naștere efectului motor.
Efect motor asupra bobinei
Când un Bobină electromagnetică este plasat între două magnetice, orientate spre nord, la sud de un alt magnet, liniile magnetice deplasează bobina în sus când curentul este într-o direcție și în jos când curentul în bobină este în direcție inversă. Aceasta creează mișcarea de rotație a bobinei. Pentru a schimba direcția curentului în bobină, două metale în formă de jumătate de lună sunt atașate la fiecare capăt al bobinei numit Comutator. Periile metalice sunt plasate cu un capăt atașat la baterie și celălalt capăt conectat la comutatoare.
Motor DC
Comutarea în mașina de curent continuu
Fiecare bobină Armature conține doi comutatori atașați la capătul său. Pentru transformarea curentului, segmentele și periile comutatorului ar trebui să mențină un contact continuu în mișcare. Pentru a obține valori de ieșire mai mari, se utilizează mai multe bobine la mașinile de curent continuu. Deci, în loc de o pereche, avem un număr de perechi de segmente de comutator.
Comutarea DC
Bobina este scurtcircuitată pentru o perioadă foarte scurtă de timp cu ajutorul periilor. Această perioadă este cunoscută sub numele de perioadă de comutare. Să luăm în considerare un motor de curent continuu în care lățimea barelor comutatorului este egală cu lățimea periilor. Lăsați curentul care curge prin conductor să fie Ia. Fie a, b, c segmentele comutatorului motorului. Inversarea curentă în bobină, adică. procesul de comutare poate fi înțeles prin pașii de mai jos.
Poziția-1
poziția 1
Lăsați Armatura să se rotească, apoi peria se deplasează peste segmentele comutatorului. Lăsați ca prima poziție a contactului comutatorului periei să fie la segmentul b așa cum se arată mai sus. Deoarece lățimea comutatorului este egală cu lățimea periei, în poziția de mai sus suprafețele totale ale comutatorului și a periei sunt în contact una cu cealaltă. Curentul total condus de segmentul comutatorului în perie în această poziție va fi 2Ia.
Poziția-2
Acum armatura se rotește spre dreapta și peria vine în contact cu bara a. În această poziție, curentul total condus va fi de 2 Ia, dar curentul din bobină se schimbă. Aici curentul curge prin două căi A și B. 3/4 din 2Ia provine din bobina B și restul 1/4 provine din bobina A. Când KCL se aplică la segmentul a și b, curentul prin bobina B este redus la Ia / 2 și curentul tras prin segmentul a este Ia / 2.
poziția 2
Poziția-3
În această poziție jumătate a periei, o suprafață este în contact cu segmentul a și cealaltă jumătate este cu segmentul b. Deoarece curentul total al periei prin curent este 2Ia, curentul Ia este tras prin bobina A și Ia este tras prin bobina B. Folosind KCL putem observa că curentul din bobina B va fi zero.
poziția 3
Poziția-4
În această poziție, o pătrime din suprafața periei va fi în contact cu segmentul b și trei pătrime cu segmentul a. Aici curentul tras prin bobina B este - Ia / 2. Aici putem observa că curentul din bobina B este inversat.
poziția 4
Poziția-5
În această poziție, peria este în contact complet cu segmentul a, iar curentul din bobina B este Ia, dar este invers direcția față de direcția curentă a poziției 1. Astfel, procesul de comutare este finalizat pentru segmentul b.
poziția 5
Efectele comutării
Calculul se numește comutare ideală atunci când inversarea curentului este finalizată până la sfârșitul perioadei de comutare. Dacă inversarea curentă este finalizată în timpul perioadei de comutare, scânteia are loc la contactul periilor și supraîncălzirea are loc deteriorând suprafața comutatorului. Acest defect se numește Mașină slab comutată.
Pentru a preveni acest tip de defecte există trei tipuri de metode pentru îmbunătățirea comutației.
- Comutarea rezistenței.
- Comutarea EMF.
- Înfășurarea compensatoare.
Comutarea rezistenței
Pentru a aborda problema comutării slabe se aplică metoda de comutare a rezistenței. În această metodă, periile de cupru cu rezistență mai mică sunt înlocuite cu periile de carbon cu rezistență mai mare. Rezistența crește odată cu scăderea zonei secțiunii transversale. Deci, rezistența segmentului de comutator final crește pe măsură ce peria se deplasează spre segmentul principal. Prin urmare, segmentul principal este cel mai favorizat pentru calea curentă, iar curentul mare ia calea oferită de segmentul principal pentru a ajunge la pensulă. Acest lucru poate fi bine înțeles uitându-ne la figura noastră de mai jos.
În figura de mai sus, curentul din bobina 3 poate lua două căi. Calea 1 de la bobina 3 în bobina 2 și segmentul b. Calea 2 de la bobina scurtcircuitată 2 apoi bobina 1 și segmentul a. Când sunt utilizate perii de cupru, curentul va lua calea 1 datorită rezistenței mai mici oferite de cale. Dar când sunt utilizate perii de carbon, curentul preferă Calea 2, deoarece pe măsură ce zona de contact dintre perie și segment scade, rezistența crește. Aceasta oprește inversarea timpurie a curentului și previne scânteia în mașina de curent continuu.
Comutare EMF
Proprietatea de inducție a bobinei este unul dintre motivele inversării lente a curentului în timpul procesului de comutare. Această problemă poate fi abordată prin neutralizarea tensiunii de reactanță produsă de bobină prin producerea e.m.f inversă în bobina de scurtcircuit în timpul perioadei de comutare. Această comutare EMF este, de asemenea, cunoscută sub numele de comutație de tensiune.
Acest lucru se poate face prin două metode.
- Prin metoda Brush Shifting.
- Prin utilizarea polilor de comutare.
În metoda de schimbare a periei, periile sunt deplasate înainte pentru generatorul de curent continuu și înapoi în motorul de curent continuu. Aceasta stabilește un flux în zona neutră. Pe măsură ce bobina de comutare taie fluxul, este indusă o mică tensiune. Deoarece poziția periei trebuie schimbată pentru fiecare variație de sarcină, această metodă este rareori preferată.
În a doua metodă, se utilizează poli de comutare. Aceștia sunt micii poli magnetici așezați între polii principali montați pe statorul mașinii. Acestea sunt atașate în conexiune în serie cu armătura. Pe măsură ce curentul de încărcare provoacă înapoi e.m.f. , acești poli de comutare neutralizează poziția câmpului magnetic.
Fără acești poli de comutare, sloturile de comutator nu ar rămâne aliniate cu porțiunile ideale ale câmpului magnetic, deoarece poziția câmpului magnetic se schimbă datorită e.m.f. În timpul perioadei de comutare, acești poli de comutare induc un e.m.f în bobina de scurtcircuit care se opune tensiunii de reactanță și dă o comutare fără scânteie.
Polaritatea polilor de comutare este aceeași cu polul principal situat lângă acesta pentru generator, în timp ce polaritatea polilor de comutare este opusă polilor principali din motor.
Învățând despre comutatorul am constatat că acest dispozitiv mic joacă un rol semnificativ în funcționarea corectă a mașinilor de curent continuu. Nu numai ca convertor de curent, ci și pentru funcționarea în condiții de siguranță a mașinilor fără deteriorări cauzate de scântei, comutatoarele sunt dispozitive foarte utile. Dar odată cu dezvoltarea tot mai mare a tehnologiei, comutatoarele sunt înlocuite cu tehnologie nouă. Puteți numi noua tehnică care a înlocuit comutatoarele în ultimele zile?
