U našem svakodnevnom životu upotreba istosmjernih strojeva za naše svakodnevne potrebe postala je uobičajena stvar. DC stroj je pretvorba energije uređaj koji čini elektro-mehaničke pretvorbe . Postoje dvije vrste istosmjernih strojeva - istosmjerni motori i DC generatori . Istosmjerni motori pretvaraju istosmjernu električnu snagu u mehaničko gibanje, dok istosmjerni generatori pretvaraju mehaničko gibanje u istosmjernu snagu. Ali kvaka je u tome što je struja generirana u istosmjernom generatoru izmjenična, ali izlaz generatora je istosmjerni !! Na isti način, princip motora je primjenjiv kada se izmjenjuje struja u zavojnici, ali snaga koja se primjenjuje na istosmjerni motor je istosmjerna !! Kako onda rade ti strojevi? Odgovor na ovo čudo je mali uređaj nazvan 'Komutator'.
Što je komutacija?
Komutacija u istosmjernim strojevima je proces kojim se događa preokret struje. U istosmjernom generatoru ovaj se postupak koristi za pretvaranje inducirane izmjenične struje u vodičima u istosmjerni izlaz. U istosmjernim motorima komutacija se koristi za preokretanje smjerova Istosmjerna struja prije nanošenja na zavojnice motora.
Kako se odvija proces komutacije?
Uređaj nazvan Commutator pomaže u ovom procesu. Pogledajmo funkcioniranje istosmjernog motora kako bismo razumjeli proces komutacije. Osnovni princip na kojem motor radi je elektromagnetska indukcija. Kad struja prolazi kroz vodič, on oko njega stvara linije magnetskog polja. Također znamo da kada se magnetski sjever i magnetski jug okrenu jedan prema drugome, magnetske linije sile premještaju se sa magneta sjevernog pola na magnet južnog pola, kao što je prikazano na donjoj slici.
Magnetske linije sila
Kad se vodič s magnetskim poljem induciranim oko njega postavi na put tih magnetskih sila, on im blokira put. Dakle, ove magnetske linije pokušavaju ukloniti ovu prepreku pomičući je prema gore ili prema dolje, ovisno o smjeru struje u vozač . To dovodi do motoričkog učinka.
Učinak motora na zavojnicu
Kad an Elektromagnetska zavojnica smješten je između dva magnetska, sjeverno okrenuta prema jugu drugog magneta, magnetske linije pomiču zavojnicu prema gore kada je struja u jednom smjeru i prema dolje kada je struja u zavojnici u obrnutom smjeru. To stvara rotacijsko gibanje zavojnice. Da bi se promijenio smjer struje u zavojnici, dva metala u obliku polumjeseca pričvršćena su na svaki kraj zavojnice nazvan komutator. Metalne četke su postavljene s jednim krajem koji je pričvršćen na bateriju, a drugim krajem povezan s komutatorima.
Istosmjerni motor
Komutacija u istosmjernom stroju
Svaka zavojnica armature sadrži dva komutatora pričvršćena na svom kraju. Za transformaciju struje, segmenti komutatora i četke trebaju održavati neprekidni pokretni kontakt. Da bi se dobili veće izlazne vrijednosti, u strojevima istosmjerne struje koristi se više zavojnica. Dakle, umjesto jednog para, imamo nekoliko parova segmenata komutatora.
DC komutacija
Zavojnica je kratko spojena uz pomoć četkica vrlo kratko vrijeme. Ovo je razdoblje poznato kao razdoblje komutacije. Razmotrimo istosmjerni motor u kojem je širina traka komutatora jednaka širini četki. Neka struja koja prolazi kroz vodič bude Ia. Neka su a, b, c segmenti komutatora motora. Preokret struje u zavojnici, tj. Proces komutacije može se razumjeti u sljedećim koracima.
Pozicija-1
položaj 1
Neka se armatura počne okretati, a zatim se četka pomiče preko segmenata komutatora. Neka prvi položaj kontakta komutatora četke bude u segmentu b, kao što je gore prikazano. Kako je širina komutatora jednaka širini četke, u gornjem su položaju ukupne površine komutatora i četke u međusobnom kontaktu. Ukupna struja koju komutacijski segment vodi u četku na ovom položaju bit će 2Ia.
Položaj-2
Sada se armatura okreće udesno, a četka dolazi u kontakt sa šipkom a. Na ovom položaju, ukupna provedena struja bit će 2Ia, ali struja u zavojnici se mijenja. Ovdje struja teče kroz dvije staze A i B. 3/4 od 2Ia dolazi iz zavojnice B, a preostala 1/4 dolazi iz zavojnice A. Kada KCL primjenjuje se na segmentu a i b, struja kroz zavojnicu B smanjuje se na Ia / 2, a struja kroz segment a iznosi Ia / 2.
položaj 2
Pozicija-3
U ovom položaju polovica četke, površina je u kontaktu sa segmentom a, a druga polovica s segmentom b. Kako je ukupna izvučena struja kroz četku 2Ia, struja Ia vuče se kroz zavojnicu A, a Ia kroz zavojnicu B. Korištenjem KCL možemo primijetiti da će struja u zavojnici B biti nula.
položaj 3
Pozicija-4
U tom će položaju jedna četvrtina površine četke biti u kontaktu sa segmentom b, a tri četvrtine s segmentom a. Ovdje je struja povučena kroz zavojnicu B - Ia / 2. Ovdje možemo primijetiti da je struja u zavojnici B obrnuta.
položaj 4
Pozicija-5
U ovom je položaju četka u punom kontaktu sa segmentom a, a struja iz zavojnice B je Ia, ali je obrnuta u smjeru trenutnog smjera položaja 1. Tako je postupak komutacije završen za segment b.
položaj 5
Učinci komutacije
Proračun se naziva Idealna komutacija kada je preokret struje završen do kraja razdoblja komutacije. Ako je trenutni preokret završen tijekom razdoblja komutacije, dolazi do iskrenja na kontaktu četkica i dolazi do pregrijavanja oštećujući površinu komutatora. Ovaj se kvar naziva Loše komutirani stroj.
Da bi se spriječile ove vrste kvarova, postoje tri vrste metoda za poboljšanje komutacije.
- Komutacija otpora.
- EMF komutacija.
- Kompenzacijski namot.
Komutacija otpora
Za rješavanje problema loše komutacije primjenjuje se metoda komutacije otpora. U ovoj se metodi bakrene četke manjeg otpora zamjenjuju ugljikovim četkama većeg otpora. Otpor raste sa smanjenjem površine presjeka. Dakle, otpor zadnjeg segmenta komutatora raste kako se četka pomiče prema vodećem segmentu. Stoga je vodeći segment najpovoljniji za trenutni put, a velika struja zauzima put koji pruža vodeći segment da bi došla do četke. To se može dobro razumjeti gledanjem naše slike u nastavku.
Na slici iznad struja iz zavojnice 3 može proći dva puta. Put 1 iz zavojnice 3 u zavojnicu 2 i segment b. Put 2 od kratko spojene zavojnice 2, zatim zavojnice 1 i segmenta a. Kada se koriste bakrene četke, struja će krenuti putem 1 zbog manjeg otpora koji pruža put. Ali kada se koriste ugljične četke, struja preferira Put 2 jer kako se područje dodira između četke i segmenta smanjuje, otpor se povećava. Ovo zaustavlja rani preokret struje i sprječava iskrenje u istosmjernom stroju.
EMF komutacija
Indukcijsko svojstvo zavojnice jedan je od razloga sporog okretanja struje tijekom procesa komutacije. Ovaj se problem može riješiti neutralizacijom reaktancijskog napona koji proizvodi zavojnica stvaranjem reverznog efektivnog napona u zavojnici kratkog spoja tijekom razdoblja komutacije. Ova EMF komutacija poznata je i kao komutacija napona.
To se može učiniti na dvije metode.
- Metodom pomicanja četkom.
- Korištenjem komutirajućih polova.
Kod metode pomicanja četkica, četke se pomiču prema naprijed za istosmjerni generator i prema natrag u istosmjernom motoru. Ovo uspostavlja tok u neutralnoj zoni. Kako komutacijska zavojnica smanjuje tok, inducira se mali napon. Kako se položaj četke mora mijenjati za svaku varijaciju opterećenja, ova se metoda rijetko daje prednost.
U drugoj se metodi koriste komutacijski stupovi. To su mali magnetski stupovi postavljeni između glavnih stupova postavljenih na stator stroja. Oni su pričvršćeni serijski u vezi s armaturom. Kako struja opterećenja uzrokuje povratak e.m.f. , ovi komutacijski polovi neutraliziraju položaj magnetskog polja.
Bez ovih komutirajućih polova, prorezi komutatora ne bi ostali poravnati sa idealnim dijelovima magnetskog polja jer se položaj magnetskog polja mijenja zbog natrag e.m.f. Tijekom razdoblja komutacije, ovi komutacijski polovi induciraju e.m.f u zavojnici kratkog spoja koji se suprotstavlja naponu reaktancije i daje komutaciju bez iskre.
Polaritet komutacijskih polova jednak je glavnom polu smještenom uz njega za generator, dok je polaritet komutacijskih polova suprotan glavnim polovima u motoru.
Učenje o komutator otkrili smo da ovaj mali uređaj igra značajnu ulogu u pravilnom radu istosmjernih strojeva. Ne samo kao pretvarač struje, već i za sigurno funkcioniranje strojeva bez oštećenja zbog iskrenja, komutatori su vrlo korisni uređaji. Ali sa sve većim razvojem tehnologije, komutatori se zamjenjuju novom tehnologijom. Možete li navesti novu tehniku koja je zadnjih dana zamijenila komutatore?
