In ons dagelijks leven is het gebruik van DC-machines voor onze dagelijkse behoeften een normaal iets geworden. DC-machine is een energieconversie apparaat dat maakt elektromechanische omzettingen Er zijn twee soorten DC-machines: de DC-motoren en de DC-generatoren Gelijkstroommotoren zetten elektrische gelijkstroom om in mechanische beweging, terwijl de gelijkstroomgeneratoren de mechanische beweging omzetten in gelijkstroom. Maar de vangst is, de stroom die wordt gegenereerd in een DC-generator is een AC, maar de output van de generator is DC !! Op dezelfde manier is het principe van de motor van toepassing wanneer de stroom in de spoel wisselt, maar het vermogen dat op een DC-motor wordt toegepast, is gelijkstroom !! Hoe draaien deze machines dan? Het antwoord op dit wonder is het kleine apparaatje genaamd 'Commutator'.
Wat is commutatie?
Commutatie in DC-machines is het proces waarbij de stroomomkering plaatsvindt. In een DC-generator wordt dit proces gebruikt om de geïnduceerde AC in de geleiders om te zetten in een DC-uitgang. In DC-motoren wordt commutatie gebruikt om de richtingen van om te keren DC stroom alvorens te worden toegepast op de spoelen van de motor.
Hoe verloopt het overdrachtsproces?
Het apparaat genaamd Commutator helpt bij dit proces. Laten we eens kijken naar de werking van een DC-motor om het commutatieproces te begrijpen. Het basisprincipe waarop een motor werkt, is elektromagnetische inductie. Wanneer er stroom door een geleider gaat, produceert deze magnetische veldlijnen eromheen. We weten ook dat wanneer een magnetisch noorden en magnetisch zuiden naar elkaar toe gericht zijn, magnetische krachtlijnen van de Noordpoolmagneet naar de Zuidpoolmagneet bewegen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Magnetische krachtlijnen
Wanneer de geleider met een magnetisch veld eromheen wordt geplaatst, in het pad van deze magnetische krachtlijnen wordt geplaatst, blokkeert deze hun pad. Dus deze magnetische lijnen proberen dit obstakel te verwijderen door het naar boven of naar beneden te bewegen, afhankelijk van de stroomrichting in de bestuurder Dit geeft aanleiding tot een motorisch effect.
Motoreffect op spoel
Wanneer een Elektromagnetische spoel is geplaatst tussen twee magnetische met het noorden naar het zuiden van een andere magneet, de magnetische lijnen beweegt de spoel omhoog wanneer de stroom in één richting is en naar beneden wanneer de stroom in de spoel in omgekeerde richting is. Dit creëert de roterende beweging van de spoel. Om de stroomrichting in de spoel te veranderen, worden twee halvemaanvormige metalen aan elk uiteinde van de spoel, de zogenaamde Commutator, bevestigd. Metalen borstels worden geplaatst met het ene uiteinde aan de batterij en het andere uiteinde verbonden met de commutatoren.
DC-motor
Commutatie in DC-machine
Elke ankerspoel bevat twee commutatoren die aan het uiteinde zijn bevestigd. Voor de transformatie van stroom moeten de commutatorsegmenten en borstels een continu bewegend contact behouden. Om grotere outputwaarden te krijgen, wordt meer dan één spoel gebruikt in DC-machines. Dus in plaats van één paar hebben we een aantal paren commutatorsegmenten.
DC-commutatie
Met behulp van borstels wordt de spoel gedurende een zeer korte tijd kortgesloten. Deze periode staat bekend als afkoopperiode. Laten we eens kijken naar een gelijkstroommotor waarin de breedte van de commutatorstaven gelijk is aan de breedte van de borstels. Laat de stroom die door de geleider vloeit Ia zijn. Laat a, b, c de commutatorsegmenten van de motor zijn. De huidige omkering in de spoel .i.e. commutatieproces kan worden begrepen door de onderstaande stappen.
Positie-1
positie 1
Laat het anker beginnen te draaien, dan beweegt de borstel over de commutatorsegmenten. Laat de eerste positie van het borstelcommutatorcontact zich in segment b bevinden, zoals hierboven weergegeven. Omdat de breedte van de commutator gelijk is aan de breedte van de borstel, zijn in de bovenstaande positie de totale oppervlakken van commutator en borstel met elkaar in contact. De totale stroom die door het commutatorsegment naar de borstel op deze positie wordt geleid, is 2Ia.
Positie-2
Nu draait het anker naar rechts en komt de borstel in contact met de staaf a. Op deze positie is de totale geleide stroom 2Ia, maar de stroom in de spoel verandert. Hier vloeit de stroom door twee paden A en B. 3/4 van de 2Ia komt van spoel B en resterende 1 / 4e komt van spoel A. KCL wordt toegepast op de segmenten a en b, de stroom door de spoel B wordt gereduceerd tot Ia / 2 en de stroom getrokken door segment a is Ia / 2.
positie 2
Positie-3
Op deze positie is de helft van de borstel een oppervlak in contact met segment a en de andere helft met segment b. Omdat de totale stroom die door de borstel wordt getrokken 2Ia is, wordt de stroom Ia getrokken door spoel A en Ia door spoel B. Met KCL kunnen we waarnemen dat de stroom in spoel B nul zal zijn.
positie 3
Positie-4
In deze positie zal een vierde van het borsteloppervlak in contact zijn met segment b en drie vierde met segment a. Hier is de stroom die door spoel B wordt getrokken - Ia / 2. Hier kunnen we zien dat de stroom in spoel B omgekeerd is.
positie 4
Positie-5
Op deze positie is de borstel volledig in contact met segment a en is de stroom van spoel B Ia, maar in omgekeerde richting ten opzichte van de huidige richting van positie 1. Het commutatieproces is dus voltooid voor segment b.
positie 5
Effecten van commutatie
De berekening wordt Ideale commutatie genoemd wanneer de omkering van de stroom is voltooid aan het einde van de commutatieperiode. Als de stroomomkering wordt voltooid tijdens de commutatieperiode, treedt er vonken op bij het contact van borstels en treedt oververhitting op die het oppervlak van de commutator beschadigt. Dit defect wordt Poorly Commutated Machine genoemd.
Om dit soort defecten te voorkomen, zijn er drie soorten methoden om de commutatie te verbeteren.
- Verzet commutatie.
- EMF-commutatie.
- Wikkeling compenseren.
Resistance Commutation
Om het probleem van slechte commutatie aan te pakken, wordt de methode van resistentiecommutatie toegepast. Bij deze methode worden koperen borstels met een lagere weerstand vervangen door koolborstels met een hogere weerstand. De weerstand neemt toe met het afnemende oppervlak van de doorsnede. Dus de weerstand van het achterliggende commutatorsegment neemt toe naarmate de borstel naar het leidende segment beweegt. Daarom heeft het leidende segment de meeste voorkeur voor het huidige pad en neemt een grote stroom het pad dat door het leidende segment wordt geboden om de borstel te bereiken. Dit kan goed worden begrepen door naar onderstaande figuur te kijken.
In de bovenstaande afbeelding kan de stroom van spoel 3 twee paden nemen. Pad 1 van spoel 3 naar spoel 2 en segment b. Pad 2 van kortgesloten spoel 2, vervolgens spoel 1 en segment a. Als er koperen borstels worden gebruikt, zal de stroom pad 1 nemen vanwege de lagere weerstand die het pad biedt. Maar wanneer koolborstels worden gebruikt, geeft de stroom de voorkeur aan Pad 2 omdat naarmate het contactoppervlak tussen borstel en segment afneemt, de weerstand toeneemt. Dit stopt het vroegtijdig omkeren van de stroom en voorkomt vonkvorming in de DC-machine.
EMF-commutatie
Inductie-eigenschap van de spoel is een van de redenen voor de langzame omkering van stroom tijdens het commutatieproces. Dit probleem kan worden aangepakt door de reactantiespanning die door de spoel wordt geproduceerd te neutraliseren door de omgekeerde emf in de kortsluitspoel te produceren tijdens de commutatieperiode. Deze EMF-commutatie wordt ook wel spanningscommutatie genoemd.
Dit kan op twee manieren worden gedaan.
- Door Brush Shifting-methode.
- Door gebruik te maken van commuterende palen.
Bij de borstelverschuivingsmethode worden de borstels naar voren geschoven voor de DC-generator en achteruit in de DC-motor. Dit zorgt voor een flux in de neutrale zone. Omdat de commuterende spoel de flux afsnijdt, wordt een kleine spanning geïnduceerd. Aangezien de borstelpositie voor elke variatie in belasting moet worden verschoven, heeft deze methode zelden de voorkeur.
Bij de tweede methode worden commuterende polen gebruikt. Dit zijn de kleine magnetische polen die tussen de hoofdpolen zijn geplaatst die op de stator van de machine zijn gemonteerd. Deze zijn in serie met het anker bevestigd. Omdat de laadstroom terug e.m.f. veroorzaakt neutraliseren deze commuterende polen de positie van het magnetische veld.
Zonder deze commuterende polen zouden de commutatorsleuven niet uitgelijnd blijven met ideale delen van het magnetische veld omdat de positie van het magnetische veld verandert als gevolg van e.m.f. Tijdens de commutatieperiode wekken deze commuterende polen een emf op in de kortsluitspoel die de reactantiespanning tegenwerkt en vonkloze commutatie geeft.
De polariteit van commuterende polen is hetzelfde als de hoofdpool ernaast voor de generator, terwijl de polariteit van commuterende polen tegengesteld is aan de hoofdpolen in de motor.
Leren over de commutator we ontdekten dat dit kleine apparaat een belangrijke rol speelt bij de goede werking van DC-machines. Niet alleen als stroomomvormer maar ook voor het veilig functioneren van machines zonder schade door vonken, zijn commutatoren zeer nuttige apparaten. Maar met de toenemende technologische ontwikkeling worden commutatoren vervangen door nieuwe technologie. Kun je de nieuwe techniek noemen die de commutatoren de afgelopen dagen heeft vervangen?
