I vores daglige liv er brugen af jævnstrømsmaskiner til vores daglige behov blevet en almindelig ting. DC-maskine er en energiomdannelse enhed, der fremstiller elektromekaniske konverteringer . Der er to typer jævnstrømsmaskiner - jævnstrømsmotorer og DC-generatorer . DC-motorer konverterer jævnstrøm til mekanisk bevægelse, mens jævnstrømsgeneratorer konverterer den mekaniske bevægelse til jævnstrøm. Men fangsten er, at den strøm, der genereres i en DC-generator, er en AC, men generatorens output er DC !! På samme måde gælder motorens princip, når strømmen i spolen veksler, men den effekt, der påføres en jævnstrømsmotor, er jævnstrøm !! Hvordan kører disse maskiner så? Svaret på dette vidunder er den lille enhed ved navn 'Commutator'.
Hvad er kommutation?
Pendling i jævnstrømsmaskiner er den proces, hvormed vending af strøm finder sted. I jævnstrømsgenerator bruges denne proces til at konvertere den inducerede vekselstrøm i lederne til en jævnstrømsudgang. I jævnstrømsmotorer bruges kommutering til at vende retningen af DC-strøm inden påføring på motorens spoler.
Hvordan finder kommuteringsprocessen sted?
Enheden kaldet Commutator hjælper med denne proces. Lad os se på, hvordan en jævnstrømsmotor fungerer for at forstå kommuteringsprocessen. Det grundlæggende princip, som en motor arbejder på, er elektromagnetisk induktion. Når strøm ledes gennem en leder, producerer den magnetiske feltlinjer omkring den. Vi ved også, at når et magnetisk nord og magnetisk syd vender mod hinanden, bevæger magnetiske kraftlinjer sig fra Nordpolsmagnet til Sydpolsmagnet som vist i nedenstående figur.
Magnetiske styrker
Når lederen med et magnetfelt induceret omkring det placeres i stien til disse magnetiske kraftlinjer, blokerer den deres vej. Så disse magnetiske linjer prøver at fjerne denne hindring ved enten at bevæge den opad eller nedad afhængigt af strømretningen i chauffør . Dette giver anledning til motorisk virkning.
Motoreffekt på spole
Når en Elektromagnetisk spole er placeret mellem to magnetiske med nordvendt syd for en anden magnet, bevæger de magnetiske linjer spolen opad, når strømmen er i en retning og nedad, når strømmen i spolen er i omvendt retning. Dette skaber spolens roterende bevægelse. For at ændre strømretningen i spolen er der fastgjort to halvmåneformede metaller til hver ende af spolen kaldet Commutator. Metalbørster placeres med den ene ende fastgjort til batteriet og den anden ende forbundet med kommutatorerne.
DC-motor
Pendling i DC-maskine
Hver armaturspole indeholder to kommutatorer, der er fastgjort i enden. Til transformation af strøm skal kommutatorsegmenterne og børsterne opretholde en kontinuerligt bevægende kontakt. For at få større outputværdier anvendes mere end en spole i jævnstrømsmaskiner. Så i stedet for et par har vi et antal par kommutatorsegmenter.
DC kommutation
Spolen kortsluttes i meget kort tid ved hjælp af børster. Denne periode kaldes kommuteringsperiode. Lad os overveje en jævnstrømsmotor, hvor bredden af kommutatorstængerne er lig med børsternes bredde. Lad strømmen, der strømmer gennem lederen, være Ia. Lad a, b, c være motorens kommutatorsegmenter. Den aktuelle tilbageførsel i spolen, dvs. kommuteringsprocessen kan forstås ved nedenstående trin.
Position-1
position 1
Lad armaturet begynde at rotere, så bevæger børsten sig over kommutatorsegmenterne. Lad børstekommutatorkontaktens første position være i segment b som vist ovenfor. Da bredden på kommutatoren er lig med børstens bredde, er de samlede arealer af kommutatoren og børsten i ovenstående position i kontakt med hinanden. Den samlede strøm, der udføres af kommutatorsegmentet i børsten ved denne position, vil være 2Ia.
Position-2
Nu drejer ankeret mod højre, og børsten kommer i kontakt med stangen a. På denne position vil den samlede ledede strøm være 2Ia, men strømmen i spolen ændres. Her strømmer strømmen gennem to baner A og B. 3/4 af 2Ia kommer fra spole B, og resterende 1/4 kommer fra spole A. Når KCL påføres ved segmentet a og b, reduceres strømmen gennem spolen B til Ia / 2, og den strøm, der trækkes gennem segment a, er Ia / 2.
position 2
Position-3
I denne position er halvdelen af børsten, en overflade er i kontakt med segment a, og den anden halvdel er med segment b. Da den samlede strømtrukne trugbørste er 2Ia, trækkes strøm Ia gennem spole A og Ia trækkes gennem spole B. Ved hjælp af KCL kan vi observere, at strømmen i spole B vil være nul.
position 3
Position-4
I denne position vil en fjerdedel af børsteoverfladen være i kontakt med segment b og tre fjerde med segment a. Her er strømmen trukket gennem spole B - Ia / 2. Her kan vi observere, at strømmen i spole B er omvendt.
position 4
Position-5
På denne position er børsten i fuld kontakt med segment a, og strømmen fra spole B er Ia, men er omvendt retning til den aktuelle retning for position 1. Dermed er kommuteringsprocessen afsluttet for segment b.
position 5
Virkninger af kommutation
Beregningen kaldes Ideel kommutering, når vending af strøm er afsluttet ved slutningen af kommuteringsperioden. Hvis den aktuelle tilbageførsel er gennemført i kommuteringsperioden, opstår gnistdannelse ved kontakt med børster, og overophedning beskadiger overfladen på kommutatoren. Denne defekt kaldes dårligt kommuteret maskine.
For at forhindre denne type fejl er der tre typer metoder til forbedring af kommutation.
- Modstandspendling.
- EMF-kommutering.
- Kompenserende vikling.
Modstandskommutation
For at tackle problemet med dårlig kommutering anvendes modstandskommuteringsmetode. I denne metode erstattes kobberbørster med lavere modstand med kulbørster med højere modstand. Modstand øges med det faldende tværsnitsareal. Så modstanden i det bageste kommutatorsegment øges, når børsten bevæger sig mod det forreste segment. Derfor er det førende segment mest foretrukket for den aktuelle sti, og den store strøm tager den sti, der leveres af det førende segment for at nå børsten. Dette kan forstås godt ved at se på vores figur nedenfor.
I figuren ovenfor kan strømmen fra spole 3 tage to veje. Sti 1 fra spole 3 til spole 2 og segment b. Sti 2 fra kortsluttet spole 2 derefter spole 1 og segment a. Når der anvendes kobberbørster, tager strøm stien 1 på grund af lavere modstand, som stien tilbyder. Men når der anvendes kulbørster, foretrækker strømmen sti 2, for når kontaktområdet mellem børste og segment falder, øges modstanden. Dette stopper den tidlige vending af strøm og forhindrer gnistdannelse i jævnstrømsmaskinen.
EMF-kommutering
Spolens induktionsegenskaber er en af grundene til den langsomme vending af strøm under kommuteringsprocessen. Dette problem kan tackles ved at neutralisere den af spolen producerede reaktansspænding ved at producere den omvendte emf i kortslutningsspolen under kommuteringsperioden. Denne EMF-kommutering er også kendt som Voltage commutation.
Dette kan gøres på to måder.
- Ved penselforskydningsmetode.
- Ved at bruge kommuterende poler.
I børsteskiftemetoden forskydes børsterne fremad til jævnstrømsgeneratoren og bagud i jævnstrømsmotoren. Dette etablerer en strøm i den neutrale zone. Da kommuteringsspolen skærer fluxen, induceres en lille spænding. Da børsteposition skal forskydes for hver variation i belastning, foretrækkes denne metode sjældent.
I den anden metode anvendes kommuteringsstænger. Dette er de små magnetiske poler, der er placeret mellem hovedpolerne monteret på maskinens stator. Disse er fastgjort i serieforbindelse med armaturet. Da belastningsstrøm forårsager tilbage e.m.f. disse neutraliserende poler neutraliserer magnetfeltets position.
Uden disse kommuterende poler ville kommutatorslidserne ikke forblive på linie med ideelle dele af magnetfeltet, da magnetfeltpositionen ændres på grund af ryg e.m.f. I løbet af kommuteringsperioden inducerer disse kommuteringspoler en emf i kortslutningsspolen, som modsætter sig reaktansspændingen og giver gnistfri kommutering.
Polariteten af kommuterende poler er den samme som hovedpolen, der er placeret ved siden af den for generatoren, mens polariteten af kommuteringspolerne er modsat hovedpolerne i motoren.
At lære om kommutatoren vi fandt ud af, at denne lille enhed spiller en væsentlig rolle i korrekt brug af jævnstrømsmaskiner. Ikke kun som en strømkonverter, men også til sikker funktion af maskiner uden skader på grund af gnister, er kommutatorer meget nyttige enheder. Men med stigende teknologiudvikling erstattes kommutatorer med ny teknologi. Kan du navngive den nye teknik, der erstattede kommutatorer de seneste dage?
