V našom každodennom živote sa používanie strojov na jednosmerný prúd pre každodenné potreby stalo bežnou vecou. DC stroj je premena energie zariadenie, ktoré vyrába elektromechanické premeny . Existujú dva typy jednosmerných strojov - jednosmerné motory a DC generátory . Jednosmerné motory prevádzajú jednosmernú elektrickú energiu na mechanický pohyb, zatiaľ čo jednosmerné generátory premieňajú mechanický pohyb na jednosmerný prúd. Ale háčik je v tom, že prúd generovaný v jednosmernom generátore je striedavý prúd, ale výstup z generátora je jednosmerný prúd !! Rovnakým spôsobom je možné použiť princíp motora, keď sa strieda prúd v cievke, ale výkon privedený na jednosmerný motor je jednosmerný !! Ako potom fungujú tieto stroje? Odpoveďou na tento zázrak je malé zariadenie s názvom „Commutator“.
Čo je komutácia?
Komutácia v jednosmerných strojoch je proces, pri ktorom dochádza k obráteniu prúdu. V jednosmernom generátore sa tento proces používa na prevod indukovaného striedavého prúdu vo vodičoch na jednosmerný výstup. V jednosmerných motoroch sa komutácia používa na obrátenie smerov Jednosmerný prúd pred nanesením na cievky motora.
Ako prebieha komutačný proces?
Pri tomto procese pomáha zariadenie s názvom Commutator. Pozrime sa na fungovanie jednosmerného motora, aby sme pochopili proces komutácie. Základným princípom, na ktorom motor pracuje, je elektromagnetická indukcia. Keď prúd prechádza vodičom, vytvára okolo neho čiary magnetického poľa. Vieme tiež, že keď magnetický sever a magnetický juh smerujú proti sebe, magnetické silové čiary sa pohybujú od magnetu severného pólu k magnetu južného pólu, ako je to znázornené na obrázku nižšie.
Magnetické línie síl
Keď sa vodič s magnetickým poľom indukovaným okolo neho umiestni do dráhy týchto magnetických siločiar, zablokuje im cestu. Takže tieto magnetické čiary sa snažia túto prekážku odstrániť pohybom nahor alebo nadol v závislosti od smeru prúdu v obvode vodič . To vedie k motorickému efektu.
Vplyv motora na cievku
Keď sa Elektromagnetická cievka je umiestnený medzi dvoma magnetickými a severne orientovaný na juh od iného magnetu, magnetické čiary posúvajú cievku nahor, keď je prúd v jednom smere, a nadol, keď je prúd v cievke opačným smerom. Takto sa vytvorí rotačný pohyb cievky. Na zmenu smeru prúdu v cievke sú na každý koniec cievky zvanej Commutator pripevnené dva kovy v tvare polmesiaca. Kovové kefy sú umiestnené s jedným koncom pripojeným k batérii a druhým koncom pripojeným k komutátorom.
Jednosmerný motor
Commutation in DC Machine
Každá cievka armatúry obsahuje dva komutátory pripevnené na jej konci. Pri transformácii prúdu by segmenty a kefy komutátora mali udržiavať neustále sa pohybujúci kontakt. Na získanie väčších výstupných hodnôt sa v jednosmerných strojoch používa viac ako jedna cievka. Takže namiesto jedného páru máme niekoľko párov komutátorových segmentov.
DC komutácia
Cievka je skratovaná na veľmi krátke obdobie pomocou kefiek. Toto obdobie je známe ako komutačné obdobie. Uvažujme o jednosmernom motore, v ktorom sa šírka pruhov komutátora rovná šírke kief. Nech prúd pretekajúci vodičom je Ia. Nech a, b, c sú komutátorové segmenty motora. Obrátenie prúdu v cievke. T.j. proces komutácie je možné pochopiť podľa nasledujúcich krokov.
Pozícia-1
pozícia 1
Nechajte kotvu začať rotovať, potom sa kefa pohybuje po komutátorových segmentoch. Nechajte prvú pozíciu kontaktu komutátora kefy v segmente b, ako je to znázornené vyššie. Pretože šírka komutátora sa rovná šírke kefy, vo vyššie uvedenej polohe sú celkové plochy komutátora a kefy navzájom v kontakte. Celkový prúd vedený segmentom komutátora do kefy v tejto polohe bude 2Ia.
Pozícia-2
Teraz sa kotva otáča doprava a kefa sa dotýka tyče a. V tejto polohe bude celkový vedený prúd 2Ia, ale prúd v cievke sa zmení. Tu prúd preteká dvoma cestami A a B. 3/4 z 2Ia pochádza z cievky B a zvyšná 1/4 pochádza z cievky A. Keď KCL sa aplikuje na segment a a b, prúd cez cievku B sa zníži na Ia / 2 a prúd odoberaný segmentom a je Ia / 2.
pozícia 2
Pozícia-3
V tejto polohe je polovica kefy, povrch v kontakte so segmentom a a druhá polovica so segmentom b. Pretože celkový prúdový prúd žľabu je 2Ia, prúd Ia je vedený cez cievku A a Ia je vedený cez cievku B. Pomocou KCL môžeme pozorovať, že prúd v cievke B bude nulový.
pozícia 3
Pozícia-4
V tejto polohe bude štvrtina povrchu kefy v kontakte so segmentom b a tri štvrtiny so segmentom a. Tu je prúd vedený cievkou B - Ia / 2. Tu môžeme pozorovať, že prúd v cievke B je obrátený.
pozícia 4
Pozícia-5
V tejto polohe je kefa v plnom kontakte so segmentom a a prúd z cievky B je Ia, ale je v opačnom smere ako aktuálny smer polohy 1. Týmto je dokončený proces komutácie pre segment b.
pozícia 5
Účinky komutácie
Výpočet sa nazýva Ideálna komutácia, keď je obrat prúdu dokončený do konca komutačného obdobia. Ak je reverzácia prúdu dokončená počas doby komutácie, dôjde pri kontakte kief k iskreniu a dôjde k prehriatiu, ktoré poškodí povrch komutátora. Táto chyba sa nazýva Zle komutovaný stroj.
Aby sa zabránilo tomuto typu defektov, existujú tri typy metód na zlepšenie komutácie.
- Komutácia odporu.
- Komutácia EMF.
- Kompenzačné vinutie.
Komutácia odporu
Na riešenie problému zlej komutácie sa používa metóda komutácie odporu. Pri tejto metóde sa medené kefy s nižším odporom nahrádzajú uhlíkovými kefami s vyšším odporom. Odpor sa zvyšuje s klesajúcou plochou prierezu. Takže odpor zadného segmentu komutátora sa zvyšuje, keď sa kefa pohybuje smerom k prednému segmentu. Preto je vedúci segment najobľúbenejší pre súčasnú cestu a veľký prúd vedie cestou, ktorú poskytuje vedúci segment, aby dosiahol kefu. To sa dá dobre pochopiť pohľadom na našu postavu nižšie.
Na obrázku vyššie môže prúd z cievky 3 prebiehať dvoma cestami. Cesta 1 z cievky 3 do cievky 2 a segment b. Cesta 2 zo skratovanej cievky 2, potom cievky 1 a segmentu a. Keď sa použijú medené kefy, prúd bude viesť cestu 1 kvôli nižšiemu odporu, ktorý táto cesta ponúka. Ale keď sa používajú uhlíkové kefy, prúd uprednostňuje cestu 2, pretože s klesajúcou oblasťou kontaktu medzi kefou a segmentom sa zvyšuje odpor. Tým sa zastaví skoré obrátenie prúdu a zabráni sa iskreniu v stroji na jednosmerný prúd.
EMF komutácia
Indukčná vlastnosť cievky je jedným z dôvodov pomalého obrátenia prúdu počas procesu komutácie. Tento problém je možné vyriešiť neutralizáciou reaktančného napätia produkovaného cievkou vytváraním spätného toku e.mf v skratovej cievke počas doby komutácie. Táto komutácia EMF je tiež známa ako komutácia napätia.
To je možné vykonať dvoma spôsobmi.
- Metódou Brush Shifting.
- Použitím komutačných pólov.
Pri metóde radenia kefami sa kefy posúvajú dopredu pre generátor jednosmerného prúdu a dozadu pri jednosmernom motore. Týmto sa vytvorí tok v neutrálnej zóne. Keď komutačná cievka reže tok, je indukované malé napätie. Pretože pri každej zmene zaťaženia je potrebné zmeniť polohu kefy, je táto metóda zriedka preferovaná.
V druhej metóde sa používajú komutačné póly. Jedná sa o malé magnetické póly umiestnené medzi hlavnými pólmi namontovanými na statore stroja. Sú pripevnené sériovo k kotve. Pretože zaťažovací prúd spôsobuje späť e.m.f. , tieto komutačné póly neutralizujú polohu magnetického poľa.
Bez týchto komutačných pólov by štrbiny komutátora nezostali zarovnané s ideálnymi časťami magnetického poľa, pretože sa mení poloha magnetického poľa v dôsledku spätného rázu. Počas komutačného obdobia tieto komutačné póly indukujú e.m.f v skratovej cievke, ktorá je proti reaktančnému napätiu a poskytuje komutáciu bez iskry.
Polarita komutačných pólov je rovnaká ako hlavný pól umiestnený vedľa generátora, zatiaľ čo polarita komutačných pólov je opačná k hlavným pólom motora.
Učenie o komutátor zistili sme, že toto malé zariadenie hrá významnú úlohu pri správnom fungovaní jednosmerných strojov. Komutátory sú nielen užitočným prevodníkom prúdu, ale aj bezpečným fungovaním strojov bez poškodenia iskrami. Ale s rastúcim vývojom v oblasti technológií sa komutátory nahrádzajú novou technológiou. Môžete pomenovať novú techniku, ktorá v posledných dňoch nahradila komutátory?
