В нашето ежедневие използването на DC машини за ежедневните ни нужди се превърна в нещо обичайно. DC машината е преобразуване на енергия устройство, което прави електромеханични преобразувания . Има два вида машини с постоянен ток - двигателите с постоянен ток и DC генератори . Двигателите с постоянен ток преобразуват електрическата енергия с постоянен ток в механично движение, докато генераторите с постоянен ток преобразуват механичното движение в мощност с постоянен ток. Но уловът е, че токът, генериран в DC генератор, е AC, но изходът на генератора е DC !! По същия начин принципът на двигателя е приложим, когато токът в бобината се редува, но мощността, приложена към постояннотоков двигател, е DC !! Тогава как работят тези машини? Отговорът на това чудо е малкото устройство, наречено „Комутатор“.
Какво е комутация?
Комутацията в DC машини е процесът, при който се извършва обръщане на тока. В DC генератора този процес се използва за преобразуване на индуцирания AC в проводниците в DC изход. При постояннотокови двигатели комутацията се използва за обръщане на посоките на Постоянен ток преди да се приложи върху бобините на двигателя.
Как протича процесът на комутация?
Устройството, наречено Commutator, помага в този процес. Нека да разгледаме функционирането на двигател с постоянен ток, за да разберем процеса на комутация. Основният принцип, на който работи двигателят, е електромагнитната индукция. Когато токът преминава през проводник, той създава линии на магнитно поле около него. Също така знаем, че когато магнитният север и магнитният юг са изправени един срещу друг, магнитните силови линии се движат от магнита на Северния полюс към магнита на Южния полюс, както е показано на фигурата по-долу.
Магнитни линии на силите
Когато проводникът с индуцирано около него магнитно поле се постави по пътя на тези магнитни силови линии, той блокира пътя им. Така че тези магнитни линии се опитват да премахнат това препятствие, като го движат нагоре или надолу в зависимост от посоката на тока в шофьор . Това поражда двигателен ефект.
Моторен ефект върху намотката
Когато един Електромагнитна намотка се поставя между две магнитни със север, обърната на юг от друг магнит, магнитните линии движат бобината нагоре, когато токът е в една посока и надолу, когато токът в бобината е в обратна посока. Това създава въртеливото движение на намотката. За да се промени посоката на тока в намотката, два метала с форма на полумесец са прикрепени към всеки край на намотката, наречен Комутатор. Металните четки са поставени с единия край, прикрепен към батерията, а другият край е свързан към комутаторите.
DC мотор
Комутация в DC машина
Всяка намотка на арматурата съдържа два комутатора, прикрепени в края си. За преобразуване на тока сегментите и четките на комутатора трябва да поддържат непрекъснато движещ се контакт. За да се получат по-големи изходни стойности, в машини с постоянен ток се използват повече от една намотка. И така, вместо една двойка, имаме няколко двойки сегменти на комутатора.
DC комутация
Намотката е късо съединение за много кратък период от време с помощта на четки. Този период е известен като период на комутация. Нека разгледаме двигател с постоянен ток, при който ширината на комутаторните пръти е равна на ширината на четките. Нека токът, протичащ през проводника, да бъде Ia. Нека a, b, c са комутаторните сегменти на двигателя. Обръщането на тока в бобината, т.е. процесът на комутация може да се разбере от стъпките по-долу.
Позиция-1
позиция 1
Нека арматурата започне да се върти, след това четката се движи над сегментите на комутатора. Нека първата позиция на контакта на комутатора на четката е в сегмент b, както е показано по-горе. Тъй като ширината на комутатора е равна на ширината на четката, в горното положение общите площи на комутатора и четката са в контакт помежду си. Общият ток, проведен от комутаторния сегмент в четката в тази позиция, ще бъде 2Ia.
Позиция-2
Сега котвата се върти надясно и четката влиза в контакт с пръта a. При това положение общият проведен ток ще бъде 2Ia, но токът в бобината се променя. Тук токът протича през две пътеки A и B. 3/4 от 2Ia идва от намотката B, а останалата 1/4 идва от намотката A. Когато KCL се прилага в сегмента a и b, токът през намотката B се намалява до Ia / 2 и токът, изтеглен през сегмент a, е Ia / 2.
позиция 2
Позиция-3
При това положение половината от четката, повърхността е в контакт със сегмент а, а другата половина е със сегмент b. Тъй като общият ток, изтеглен през четката, е 2Ia, токът Ia се изтегля през намотка A и Ia се изтегля през намотка B. Използвайки KCL, можем да наблюдаваме, че токът в намотката B ще бъде нула.
позиция 3
Позиция-4
В това положение една четвърт от повърхността на четката ще бъде в контакт със сегмент b и три четвърти със сегмент a. Тук токът, изтеглен през бобина B, е - Ia / 2. Тук можем да забележим, че токът в бобина B е обърнат.
позиция 4
Позиция-5
При това положение четката е в пълен контакт със сегмент a и токът от намотката B е Ia, но е в обратна посока към текущата посока на позиция 1. Този процес на комутация е завършен за сегмент b.
позиция 5
Ефекти от комутацията
Изчислението се нарича Идеална комутация, когато обръщането на тока приключи до края на периода на комутация. Ако обръщането на тока е завършено по време на периода на комутация, възниква искрене при контакта на четките и възниква прегряване, увреждащо повърхността на комутатора. Този дефект се нарича Лошо комутирана машина.
За да се предотвратят този тип дефекти, има три вида методи за подобряване на комутацията.
- Комутация на съпротивление.
- EMF комутация.
- Компенсираща намотка.
Комутация на съпротивление
За справяне с проблема с лошата комутация се прилага метод на комутация на съпротивление. При този метод медните четки с по-ниско съпротивление се заменят с въгленови четки с по-високо съпротивление. Съпротивлението се увеличава с намаляващата площ на напречното сечение. И така, съпротивлението на задния сегмент на комутатора се увеличава, докато четката се движи към водещия сегмент. Следователно водещият сегмент е най-предпочитан за текущия път, а големият ток поема по пътя, предоставен от водещия сегмент, за да достигне четката. Това може да се разбере добре, като се разгледа нашата фигура по-долу.
На фигурата по-горе токът от бобина 3 може да поеме по два пътя. Път 1 от намотка 3 към намотка 2 и сегмент b. Път 2 от късо съединение на намотка 2, след това намотка 1 и сегмент a. Когато се използват медни четки, токът ще поеме по пътя 1 поради по-ниското съпротивление, предлагано от пътя. Но когато се използват въгленови четки, токът предпочита пътя 2, тъй като с намаляването на площта на контакт между четката и сегмента съпротивлението се увеличава. Това спира ранното обръщане на тока и предотвратява искренето в DC машината.
EMF комутация
Индукционното свойство на бобината е една от причините за бавното обръщане на тока по време на процеса на комутация. Този проблем може да бъде решен чрез неутрализиране на реактивното напрежение, произведено от намотката, чрез генериране на обратния e.m.f в бобината на късо съединение по време на периода на комутация. Тази комутация на ЕМП е известна още като комутация на напрежение.
Това може да стане по два метода.
- Чрез метод за смяна на четката.
- Чрез използване на комутиращи полюси.
При метода за превключване на четките, четките се изместват напред за DC генератора и назад в DC мотора. Това установява поток в неутралната зона. Тъй като комутиращата намотка намалява потока, се индуцира малко напрежение. Тъй като положението на четката трябва да се променя при всяка промяна в натоварването, този метод рядко се предпочита.
При втория метод се използват комутиращи полюси. Това са малките магнитни стълбове, поставени между основните стълбове, монтирани към статора на машината. Те са прикрепени последователно към арматурата. Тъй като токът на натоварване причинява обратна стойност , тези комутиращи полюси неутрализират положението на магнитното поле.
Без тези комутиращи полюси, прорезите на комутатора не биха останали подравнени с идеалните части на магнитното поле, тъй като положението на магнитното поле се променя поради задния ефект. По време на периода на комутация тези комутиращи полюси индуцират e.m.f в бобината на късо съединение, което се противопоставя на напрежението на реактивно съпротивление и дава комутация без искри.
Полярността на комутиращите полюси е същата като основния полюс, разположен до него за генератора, докато полярността на комутиращите полюси е противоположна на основните полюси в двигателя.
Учене за комутаторът установихме, че това малко устройство играе съществена роля в правилната работа на DC машини. Не само като преобразувател на ток, но и за безопасното функциониране на машините без повреди поради искри, комутаторите са много полезни устройства. Но с нарастващото развитие на технологиите, комутаторите се заменят с нови технологии. Можете ли да посочите новата техника, която замени комутаторите през последните дни?
