V našem každodenním životě se používání DC strojů pro každodenní potřeby stalo běžnou věcí. DC stroj je přeměna energie zařízení, které vyrábí elektromechanické převody . Existují dva typy stejnosměrných strojů - stejnosměrné motory a DC generátory . Stejnosměrné motory převádějí stejnosměrnou elektrickou energii na mechanický pohyb, zatímco stejnosměrné generátory přeměňují mechanický pohyb na stejnosměrný proud. Ale háček je, že proud generovaný v DC generátoru je AC, ale výstup z generátoru je DC !! Stejným způsobem je princip motoru použitelný, když se střídá proud v cívce, ale výkon aplikovaný na stejnosměrný motor je stejnosměrný !! Jak potom fungují tyto stroje? Odpovědí na tento zázrak je malé zařízení s názvem „Commutator“.
Co je komutace?
Komutace ve stejnosměrných strojích je proces, při kterém dochází k obrácení proudu. V generátoru stejnosměrného proudu se tento proces používá k převodu indukovaného střídavého proudu ve vodičích na stejnosměrný výstup. U stejnosměrných motorů se komutace používá ke změně směru Stejnosměrný proud před nanesením na cívky motoru.
Jak probíhá komutační proces?
Zařízení s názvem Commutator v tomto procesu pomáhá. Podívejme se na fungování stejnosměrného motoru, abychom porozuměli procesu komutace. Základním principem, na kterém motor pracuje, je elektromagnetická indukce. Když proud prochází vodičem, produkuje kolem něj magnetické siločáry. Víme také, že když magnetický sever a magnetický jih směřují proti sobě, magnetické silové linie se pohybují od magnetu severního pólu k magnetu jižního pólu, jak je znázorněno na obrázku níže.
Magnetické linie sil
Když je vodič s magnetickým polem indukovaným kolem něj umístěn v dráze těchto magnetických siločar, blokuje jim cestu. Takže tyto magnetické čáry se snaží odstranit tuto překážku buď pohybem nahoru nebo dolů v závislosti na směru proudu v Řidič . To vede k motorickému efektu.
Vliv motoru na cívku
Když Elektromagnetická cívka je umístěn mezi dvěma magnetickými se severním směrem na jih od jiného magnetu, magnetické čáry posouvají cívku nahoru, když je proud v jednom směru, a dolů, když je proud v cívce v opačném směru. Tím se vytvoří rotační pohyb cívky. Ke změně směru proudu v cívce jsou ke každému konci cívky zvané Commutator připevněny dva kovy ve tvaru půlměsíce. Kovové kartáče jsou umístěny s jedním koncem připojeným k baterii a druhým koncem připojeným k komutátorům.
Stejnosměrný motor
Komutace v DC stroji
Každá cívka armatury obsahuje dva komutátory připojené na jejím konci. Pro transformaci proudu by segmenty a kartáče komutátoru měly udržovat nepřetržitě se pohybující kontakt. Pro získání větších výstupních hodnot se v DC strojích používá více než jedna cívka. Takže místo jednoho páru máme několik párů komutátorových segmentů.
DC komutace
Cívka je zkratována na velmi krátkou dobu pomocí štětců. Toto období je známé jako komutační období. Uvažujme stejnosměrný motor, ve kterém se šířka pruhů komutátoru rovná šířce kartáčů. Nechť proud protékající vodičem bude Ia. Nechť a, b, c jsou segmenty komutátoru motoru. Obrácení proudu v cívce, tj. proces komutace lze pochopit podle následujících kroků.
Pozice-1
pozice 1
Nechte armaturu začít se otáčet, pak se kartáč pohybuje přes komutátorové segmenty. Nechte první polohu kontaktu komutátoru kartáče v segmentu b, jak je znázorněno výše. Protože šířka komutátoru se rovná šířce štětce, jsou ve výše uvedené poloze celkové plochy komutátoru a štětce ve vzájemném kontaktu. Celkový proud vedený segmentem komutátoru do kartáče v této poloze bude 2Ia.
Pozice-2
Nyní se kotva otáčí doprava a kartáč se dotýká lišty a. V této poloze bude celkový vedený proud 2Ia, ale proud v cívce se změní. Zde proud protéká dvěma cestami A a B. 3/4 z 2Ia pochází z cívky B a zbývající 1/4 pochází z cívky A. Když KCL se aplikuje na segment a a b, proud skrz cívku B se sníží na Ia / 2 a proud odebíraný segmentem a je Ia / 2.
pozice 2
Pozice-3
V této poloze je polovina kartáče, povrch je v kontaktu se segmentem a a druhá polovina je se segmentem b. Vzhledem k tomu, že celkový proud odebíraný štětcem je 2Ia, proud Ia je veden přes cívku A a Ia je veden přes cívku B. Pomocí KCL můžeme pozorovat, že proud v cívce B bude nulový.
pozice 3
Pozice-4
V této poloze bude čtvrtina povrchu kartáče v kontaktu se segmentem b a tři čtvrtiny se segmentem a. Zde je proud odebíraný cívkou B - Ia / 2. Zde můžeme pozorovat, že proud v cívce B je obrácen.
pozice 4
Pozice-5
V této poloze je kartáč v plném kontaktu se segmentem a a proud z cívky B je Ia, ale je obráceným směrem k aktuálnímu směru polohy 1. Tím je dokončen proces komutace pro segment b.
pozice 5
Účinky komutace
Výpočet se nazývá Ideální komutace, když je obrácení proudu dokončeno do konce komutačního období. Pokud je během komutace dokončen obrat proudu, dojde při kontaktu kartáčů k jiskření a dojde k přehřátí, které poškodí povrch komutátoru. Tato vada se nazývá Špatně komutovaný stroj.
Aby se zabránilo tomuto typu vad, existují tři typy metod pro zlepšení komutace.
- Komutace odporu.
- EMF komutace.
- Vyrovnávací vinutí.
Komutace odporu
K řešení problému špatné komutace je použita metoda komutace odporu. V této metodě jsou měděné kartáče s nižším odporem nahrazeny uhlíkovými kartáči s vyšším odporem. Odpor se zvyšuje s klesající plochou průřezu. Odpor koncového segmentu komutátoru se tedy zvyšuje, když se kartáč pohybuje směrem k přednímu segmentu. Proto je přední segment nejvíce upřednostňován pro aktuální cestu a velký proud vede cestu, kterou poskytuje přední segment, aby dosáhl štětce. To lze dobře pochopit při pohledu na náš obrázek níže.
Na obrázku výše může proud z cívky 3 trvat dvěma cestami. Cesta 1 z cívky 3 do cívky 2 a segment b. Cesta 2 ze zkratované cívky 2, pak cívky 1 a segmentu a. Jsou-li použity měděné kartáče, proud bude mít cestu 1 kvůli nižšímu odporu, který cesta nabízí. Ale když se používají uhlíkové kartáče, proud upřednostňuje cestu 2, protože jak se oblast kontaktu mezi kartáčem a segmentem snižuje, zvyšuje se odpor. Tím se zastaví předčasné obrácení proudu a zabrání se jiskření ve stejnosměrném stroji.
EMF komutace
Indukční vlastnost cívky je jedním z důvodů pomalého obrácení proudu během komutačního procesu. Tento problém lze řešit neutralizací reaktančního napětí produkovaného cívkou vytvořením reverzního e.m.f v zkratové cívce během doby komutace. Tato komutace EMF je také známá jako komutace napětí.
To lze provést dvěma způsoby.
- Metodou Brush Shifting.
- Pomocí komutačních pólů.
U metody posunu kartáče jsou kartáče posunuty dopředu pro generátor stejnosměrného proudu a dozadu u stejnosměrného motoru. Tím se vytvoří tok v neutrální zóně. Vzhledem k tomu, že komutační cívka řezá tok, je indukováno malé napětí. Protože poloha štětce musí být posunuta pro každou změnu zatížení, je tato metoda zřídka preferována.
Ve druhé metodě se používají komutační póly. Jedná se o malé magnetické póly umístěné mezi hlavními póly namontovanými na statoru stroje. Ty jsou připojeny v sériovém spojení s kotvou. Protože zatěžovací proud způsobuje zpět e.m.f. , tyto komutační póly neutralizují polohu magnetického pole.
Bez těchto komutačních pólů by komutátorové štěrbiny nezůstaly vyrovnány s ideálními částmi magnetického pole, protože se poloha magnetického pole mění kvůli zpětnému rázu. Během komutačního období tyto komutační póly indukují e.m.f v zkratové cívce, která se staví proti reaktančnímu napětí a dává komutaci bez jisker.
Polarita komutačních pólů je stejná jako hlavní pól umístěný vedle generátoru, zatímco polarita komutačních pólů je opačná k hlavním pólům v motoru.
Učit se o komutátor zjistili jsme, že toto malé zařízení hraje významnou roli při správném fungování stejnosměrných strojů. Nejen jako měnič proudu, ale také pro bezpečnou funkci strojů bez poškození jiskrami jsou komutátory velmi užitečným zařízením. Ale s rostoucím technologickým vývojem jsou komutátory nahrazovány novou technologií. Můžete pojmenovat novou techniku, která v posledních dnech nahradila komutátory?
