Mindennapi életünkben a DC-gépek napi szükségleteink használata mindennapossá vált. A DC gép egy energiaátalakítás eszköz, amely gyárt elektromechanikus átalakítások . Kétféle egyenáramú gép létezik - az egyenáramú motorok és a DC generátorok . Az egyenáramú motorok az egyenáramú elektromos energiát mechanikai mozgássá alakítják, míg az egyenáramú generátorok a mechanikus mozgást egyenárammá alakítják. De a fogás az, hogy az egyenáramú generátorban generált áram váltakozó áramú, de a generátor kimenete egyenáramú !! Ugyanígy a motor elve akkor is alkalmazható, ha a tekercsben lévő áram váltakozik, de az egyenáramú motorra alkalmazott teljesítmény egyenáramú !! Akkor hogyan működnek ezek a gépek? A válasz erre a csodára a „Commutator” nevű kicsi eszköz.
Mi a kommutáció?
Az egyenáramú gépek kommutálása az a folyamat, amelynek során az áram megfordul. DC generátorban ezt a folyamatot használják arra, hogy a vezetőkben indukált váltakozó áramot egyenárammá alakítsák. Az egyenáramú motorokban a kommutációt használják az irányok megfordításához DC áram mielőtt a motor tekercsére alkalmazzák.
Hogyan zajlik a kommutációs folyamat?
A Commutator nevű eszköz segít ebben a folyamatban. Nézzük meg a DC motor működését a kommutációs folyamat megértése érdekében. A motor alapelve az elektromágneses indukció. Amikor az áramot egy vezetőn vezetjük át, mágneses mező vonalak keletkeznek körülötte. Azt is tudjuk, hogy amikor a mágneses északi és a déli mágnes egymással szemben vannak, az mágneses erővonalak elmozdulnak az északi sark mágnesétől a déli sark mágnessé az alábbi ábrán látható módon.
Az erők mágneses vonalai
Amikor a vezető, amelynek körül mágneses mező indukálódik, ezen mágneses erővonalak útjába kerül, elzárja útjukat. Tehát ezek a mágneses vonalak megpróbálják eltávolítani ezt az akadályt, akár felfelé, akár lefelé mozgatva, az áram irányától függően sofőr . Ez motoros hatást vált ki.
Motor hatása a tekercsre
Amikor egy Elektromágneses tekercs két mágnes között helyezkedik el, észak felé nézve egy másik mágnestől délre, a mágneses vonalak felfelé mozgatják a tekercset, ha az áram egy irányban van, és lefelé, ha a tekercsben lévő áram ellentétes irányú. Ez létrehozza a tekercs forgó mozgását. A tekercsben az áram irányának megváltoztatásához a tekercs mindkét végéhez két félhold alakú fém csatlakozik, az úgynevezett kommutátor. A fémkeféket úgy helyezzük el, hogy az egyik végük az akkumulátorhoz van rögzítve, a másik végük pedig a kommutátorokhoz van csatlakoztatva.
DC motor
Kommutáció DC gépben
Minden armatúra tekercs két kommutátort tartalmaz, amelyek a végére vannak erősítve. Az áram átalakításához a kommutátor szegmenseknek és keféknek folyamatosan mozgó kapcsolatot kell fenntartaniuk. Nagyobb kimeneti értékek elérése érdekében egynél több tekercset használunk egyenáramú gépekben. Tehát egy pár helyett számos pár kommutátor szegmensünk van.
DC kommutáció
A tekercset kefék segítségével nagyon rövid ideig rövidre zárják. Ezt az időszakot kommutációs periódusnak nevezik. Vegyünk egy egyenáramú motort, amelyben a kommutátor rudak szélessége megegyezik a kefék szélességével. Legyen a vezetőn átfolyó áram Ia. Legyen a, b, c a motor kommutátor szegmensei. A tekercsben a jelenlegi irányváltás. a kommutációs folyamat az alábbi lépésekkel érthető meg.
1. pozíció
1. pozíció
Hagyja, hogy az armatúra forogni kezdjen, majd az ecset elmozdul a kommutátor szegmensein. Legyen a kefe kommutátor érintkezőjének első helyzete a b szegmensnél, a fent látható módon. Mivel a kommutátor szélessége megegyezik az ecset szélességével, a fenti helyzetben a kommutátor és az ecset teljes területe érintkezik egymással. A kommutátor szegmens által az ecsetbe vezetett teljes áram ebben a helyzetben 2Ia lesz.
2. pozíció
Most az armatúra jobbra forog, és a kefe érintkezik a rúddal a. Ebben a helyzetben a teljes vezetett áram 2Ia lesz, de a tekercsben az áram megváltozik. Itt az áram két A és B úton halad át. A 2Ia 3/4-e a B tekercsből származik, a fennmaradó 1/4 pedig az A tekercsből származik. KCL az a és b szakaszon alkalmazzuk, a B tekercsen átáramló áram Ia / 2-re csökken, az a szakaszon áthúzott áram pedig Ia / 2.
2. pozíció
3. pozíció
A kefe ezen a felén egy felület érintkezik az a szegmenssel, a másik fele pedig a b szegmenssel. Mivel az összes felvett vályú kefe 2Ia, az Ia áramot az A tekercsen, Ia pedig a B tekercsen keresztül húzzuk. A KCL segítségével megfigyelhetjük, hogy a B tekercsben az áram nulla lesz.
3. pozíció
4. pozíció
Ebben a helyzetben az ecset felületének egynegyede érintkezik a b szegmenssel, háromnegyed pedig az a szegmenssel. Itt a B tekercsen keresztül felvett áram - Ia / 2. Itt megfigyelhetjük, hogy a B tekercsben az áram megfordul.
4. pozíció
5. pozíció
Ebben a helyzetben a kefe teljes kapcsolatban áll az a szegmenssel, és a B tekercsből származó áram Ia, de az 1. pozíció aktuális irányával ellentétes irányú. Így a b szegmens kommutációs folyamata befejeződött.
5. pozíció
A kommutáció hatásai
A számítást ideális kommutációnak nevezzük, amikor az áram megfordítása a kommutációs periódus végére befejeződik. Ha az áramváltás a kommutációs periódus alatt befejeződik, szikra keletkezik a kefék érintkezésekor, és a túlmelegedés károsítja a kommutátor felületét. Ezt a hibát rosszul kommutált gépnek hívják.
Az ilyen típusú hibák megelőzésére háromféle módszer létezik a kommutáció javítására.
- Ellenállás-kommutáció.
- EMF-kommutáció.
- Kompenzáló tekercselés.
Ellenállás-kommutáció
A rossz kommutáció problémájának kezelésére Resistance kommutációs módszert alkalmaznak. Ebben a módszerben az alacsonyabb ellenállású rézkeféket nagyobb ellenállású szénkefékkel helyettesítik. Az ellenállás a keresztmetszet csökkenő területével növekszik. Tehát a hátsó kommutátor szegmens ellenállása növekszik, amikor az ecset a vezető szegmens felé mozog. Ennélfogva a vezető szegmens az aktuális útvonal szempontjából részesül leginkább előnyben, és a nagy áram a vezető szegmens által biztosított utat választja az ecset eléréséhez. Ez jól megérthető, ha megnézzük az alábbi ábránkat.
A fenti ábrán a 3. tekercsből származó áram két utat haladhat. Az 1. út a 3. tekercsből a 2. tekercsbe és a b szakaszba. A 2. rövidzárlatos tekercs 2. útja, majd az 1. tekercs és az a szegmens. Rézkefék használata esetén az áram az 1. utat választja, mivel az út kisebb ellenállást mutat. De ha szénkefét használunk, akkor az áram a 2. utat részesíti előnyben, mert ahogy az ecset és a szegmens érintkezési területe csökken, az ellenállás növekszik. Ez megállítja az áram korai megfordulását és megakadályozza a szikrázást az egyenáramú gépben.
EMF-kommutáció
A tekercs indukciós tulajdonsága az egyik oka az áram lassú megfordulásának a kommutációs folyamat során. Ezt a problémát úgy lehet megoldani, hogy semlegesítjük a tekercs által termelt reaktanciafeszültséget azáltal, hogy a kommutációs periódusban fordított e.m.f-t állítunk elő a rövidzárlati tekercsben. Ezt az EMF-kommutációt feszültségkommutációnak is nevezik.
Ez két módszerrel végezhető el.
- Brush Shifting módszerrel.
- A kommutáló pólusok használatával.
Ecsetváltási módszer esetén a keféket előre tolják az egyenáramú generátor számára, és hátra az egyenáramú motorban. Ez fluxust hoz létre a semleges zónában. Mivel a kommutáló tekercs csökkenti a fluxust, kis feszültség indukálódik. Mivel a kefe helyzetét a terhelés minden változásához el kell tolni, ezt a módszert ritkán részesítik előnyben.
A második módszerben kommutáló pólusokat használnak. Ezek a kis állványok, amelyeket a gép állórészére szerelt főoszlopok közé helyeznek. Ezeket az armatúrához sorba kötik. Mivel a terhelési áram visszafolyást okoz. , ezek a kommutáló pólusok semlegesítik a mágneses tér helyzetét.
Ezen kommutáló pólusok nélkül a kommutátor rései nem lennének egy vonalban a mágneses tér ideális részeivel, mivel a mágneses tér helyzete a hátsó e.m.f miatt változik. A kommutációs periódus alatt ezek a kommutáló pólusok e.m.f-t indukálnak a rövidzárlati tekercsben, amely szemben áll a reaktanciafeszültséggel és szikramentes kommutációt eredményez.
A kommutáló pólusok polaritása megegyezik a generátor mellett elhelyezkedő fő pólussal, míg a kommutáló pólusok polaritása ellentétes a motor fő pólusaival.
Tanulni valamiről a kommutátor azt találtuk, hogy ez a kis eszköz jelentős szerepet játszik az egyenáramú gépek megfelelő működésében. A kommutátorok nemcsak áramátalakítóként, hanem a gépek biztonságos működése érdekében is, szikra okozta károsodás nélkül, nagyon hasznos eszközök. De a technológia növekvő fejlődésével a kommutátorokat új technológiára cserélik. Meg tudná nevezni azt az új technikát, amely az utóbbi napokban váltotta a kommutátorokat?
