У нашем свакодневном животу употреба ДЦ машина за наше свакодневне потребе постала је уобичајена ствар. ДЦ машина је претварање енергије уређај који израђује електро-механичке конверзије . Постоје две врсте једносмерних машина - једносмерни мотори и ДЦ генератори . Једносмерни мотори претварају једносмерну електричну снагу у механичко кретање, док једносмерни генератори претварају механичко кретање у једносмерну. Али квака је у томе што је струја генерисана једносмерном струјом наизменична, али излаз генератора је једносмерна струја !! На исти начин, принцип мотора је применљив када се струја у калему мења, али снага примењена на једносмерни мотор је једносмерна !! Па како онда раде ове машине? Одговор на ово чудо је мали уређај назван „Комутатор“.
Шта је комутација?
Комутација у једносмерним машинама је процес којим се врши преокрет струје. У једносмерном генератору овај поступак се користи за претварање индуковане наизменичне струје у проводницима у једносмерни излаз. У једносмерним моторима комутација се користи за преокретање смерова Једносмерна струја пре наношења на завојнице мотора.
Како се одвија процес комутације?
Уређај назван Коммутатор помаже у овом процесу. Погледајмо функционисање једносмерног мотора да бисмо разумели процес комутације. Основни принцип на којем мотор ради је електромагнетна индукција. Када струја пролази кроз проводник, он ствара линије магнетног поља око њега. Такође знамо да када се магнетни север и магнетни југ окрену један према другом, магнетне линије силе се померају од магнета Северног пола до магнета Јужног пола, као што је приказано на доњој слици.
Магнетне линије сила
Када се проводник са магнетним пољем индукованим око њега постави на пут ових магнетних линија силе, он им блокира пут. Дакле, ове магнетне линије покушавају да уклоне ову препреку померајући је нагоре или надоле у зависности од смера струје у возач . Ово доводи до моторичког ефекта.
Моторни ефекат на завојницу
Када је Електромагнетна завојница се налази између два магнетна са северном оријентацијом према југу другог магнета, магнетне линије померају завојницу према горе када је струја у једном смеру и надоле када је струја у завојници у обрнутом смеру. Ово ствара ротационо кретање завојнице. Да би се променио смер струје у калему, два метала у облику полумесеца су причвршћена на сваки крај калема који се назива комутатор. Металне четке су постављене са једним крајем причвршћеним за батерију, а другим крајем повезаним са комутаторима.
Једносмерни мотор
Комутација у једносмерној машини
Свака завојница арматуре садржи два комутатора причвршћена на свом крају. За трансформацију струје, сегменти комутатора и четке треба да одржавају непрекидни покретни контакт. Да би се постигле веће излазне вредности, у ДЦ машинама се користи више од једне завојнице. Дакле, уместо једног пара, имамо неколико парова сегмената комутатора.
ДЦ комутација
Завојница је краткотрајно спојена уз помоћ четкица. Овај период је познат као период комутације. Размотримо једносмерни мотор код којег је ширина шипки комутатора једнака ширини четкица. Нека струја која пролази кроз проводник буде Иа. Нека су а, б, ц сегменти комутатора мотора. Тренутни преокрет у завојници, тј. Процес комутације може се разумети у следећим корацима.
Позиција-1
позиција 1
Нека Арматура почне да се окреће, а затим се четка помера преко сегмената комутатора. Нека је прва позиција контакта комутатора четке у сегменту б као што је горе приказано. Како је ширина комутатора једнака ширини четке, у горе наведеном положају укупне површине комутатора и четке су у међусобном контакту. Укупна струја коју проводи комутаторски сегмент у четку на овом положају износиће 2Иа.
Позиција-2
Сада се арматура окреће удесно и четка долази у контакт са шипком а. На овом положају, укупна проведена струја биће 2Иа, али струја у завојници се мења. Овде струја тече кроз две путање А и Б. 3/4 од 2Иа долази из калема Б, а преостала 1/4 долази од калема А. Када КЦЛ примењује се на сегменту а и б, струја кроз калем Б смањује се на Иа / 2, а струја која се вуче кроз сегмент а износи Иа / 2.
позиција 2
Позиција-3
У овом положају половина четке, површина је у контакту са сегментом а, а друга половина са сегментом б. Како је укупна струја повучена кроз четку 2Иа, струја Иа се вуче кроз завојницу А, а Иа кроз завојницу Б. Коришћењем КЦЛ можемо приметити да ће струја у завојници Б бити нула.
позиција 3
Позиција-4
У овом положају, једна четвртина површине четке биће у контакту са сегментом б, а три четвртине са сегментом а. Овде је струја повучена кроз завојницу Б - Иа / 2. Овде можемо приметити да је струја у завојници Б обрнута.
позиција 4
Позиција-5
У овом положају четка је у пуном контакту са сегментом а, а струја из калема Б је Иа, али је обрнута у смеру тренутног смера положаја 1. Тако је за комутацију б завршен поступак комутације.
позиција 5
Ефекти комутације
Прорачун се назива Идеална комутација када је преокрет струје завршен до краја периода комутације. Ако је тренутни преокрет завршен током периода комутације, долази до варничења на контакту четкица и долази до прегревања оштећујући површину комутатора. Овај квар се назива Лоше комутирана машина.
Да би се спречиле ове врсте дефеката, постоје три врсте метода за побољшање комутације.
- Комуникација отпора.
- ЕМФ комутација.
- Компензациони намотај.
Комуникација отпора
За решавање проблема лоше комутације примењује се метода комутације отпора. У овој методи бакарне четке мањег отпора замењују се угљеничким четкама већег отпора. Отпор се повећава са смањењем површине попречног пресека. Дакле, отпор задњег сегмента комутатора се повећава како се четка помера према водећем сегменту. Стога је водећи сегмент најповољнији за тренутну путању, а велика струја заузима пут који пружа водећи сегмент да би дошла до четке. То се може добро разумети ако се погледа наша слика испод.
На слици изнад, струја из калема 3 може проћи два пута. Путања 1 од калема 3 до калема 2 и сегмента б. Пут 2 од кратко спојеног калема 2, затим калема 1 и сегмента а. Када се користе бакарне четке, струја ће кренути путем 1 због мањег отпора који пружа пут. Али када се користе карбонске четке, струја преферира Пут 2, јер како се површина контакта између четке и сегмента смањује, отпор се повећава. Ово зауставља рани преокрет струје и спречава варничење у једносмерној машини.
ЕМФ комутација
Индукционо својство завојнице један је од разлога за споро окретање струје током процеса комутације. Овај проблем се може решити неутрализацијом реактансног напона који производи завојница стварањем обрнутог е.м.ф у завојници кратког споја током периода комутације. Ова ЕМФ комутација позната је и као комутација напона.
То се може учинити на два начина.
- Методом померања четком.
- Коришћењем комутационих стубова.
У методи померања четкица, четке се померају напред за једносмерни генератор и уназад у једносмерном мотору. Ово успоставља флукс у неутралној зони. Како комутациони калем смањује ток, индукује се мали напон. Како се положај четке мора мењати за сваку варијацију оптерећења, ова метода се ретко даје предност.
У другој методи се користе комутациони стубови. То су мали магнетни стубови постављени између главних стубова постављених на статор машине. Они су причвршћени у серију у вези са арматуром. Како струја оптерећења узрокује повратак е.м.ф. , ови комутациони полови неутралишу положај магнетног поља.
Без ових комутационих полова, прорези комутатора не би остали поравнати са идеалним деловима магнетног поља, јер се положај магнетног поља мења услед е.м.ф. Током периода комутације, ови комутациони полови индукују е.м.ф у завојници кратког споја који се супротставља напону реактанције и даје комутацију без варнице.
Поларитет комутационих полова је исти као и главни пол који се налази поред њега за генератор, док је поларитет комутационих полова супротан главним половима у мотору.
Учење о комутатора открили смо да овај мали уређај игра значајну улогу у правилном раду једносмерних машина. Не само као претварач струје, већ и за сигурно функционисање машина без оштећења услед варница, комутатори су веома корисни уређаји. Али са све већим развојем технологије, комутатори се замењују новом технологијом. Можете ли да наведете нову технику која је заменила комутаторе последњих дана?
