В нашей повседневной жизни использование машин постоянного тока для повседневных нужд стало обычным делом. Машина постоянного тока преобразование энергии устройство, которое делает электромеханические преобразования . Есть два типа машин постоянного тока - двигатели постоянного тока и двигатели постоянного тока. Генераторы постоянного тока . Двигатели постоянного тока преобразуют электрическую энергию постоянного тока в механическое движение, тогда как генераторы постоянного тока преобразуют механическое движение в мощность постоянного тока. Но загвоздка в том, что ток, генерируемый в генераторе постоянного тока, является переменным, а на выходе генератора - постоянным током !! Таким же образом принцип двигателя применим, когда ток в катушке меняется, но мощность, подаваемая на двигатель постоянного тока, является постоянным током !! Тогда как эти машины работают? Ответ на это чудо - небольшое устройство под названием «Коммутатор».
Что такое коммутация?
Коммутация в машинах постоянного тока - это процесс, при котором происходит изменение направления тока. В генераторе постоянного тока этот процесс используется для преобразования наведенного переменного тока в проводниках в выходной постоянный ток. В двигателях постоянного тока коммутация используется для изменения направления Постоянный ток перед нанесением на катушки двигателя.
Как происходит процесс коммутации?
В этом процессе помогает устройство под названием Commutator. Давайте посмотрим на работу двигателя постоянного тока, чтобы понять процесс коммутации. Основной принцип работы двигателя - это электромагнитная индукция. Когда ток проходит через проводник, он создает вокруг него силовые линии магнитного поля. Мы также знаем, что когда магнитный север и магнитный юг обращены друг к другу, магнитные силовые линии перемещаются от магнита Северного полюса к магниту Южного полюса, как показано на рисунке ниже.
Магнитные линии сил
Когда проводник с индуцированным вокруг него магнитным полем помещается на пути этих магнитных силовых линий, он блокирует их путь. Итак, эти магнитные линии пытаются устранить это препятствие, перемещая его вверх или вниз в зависимости от направления тока в Водитель . Это вызывает моторный эффект.
Влияние мотора на катушку
Когда Электромагнитная катушка расположен между двумя магнитами с северной ориентацией к югу от другого магнита, магнитные линии перемещают катушку вверх, когда ток идет в одном направлении, и вниз, когда ток в катушке в обратном направлении. Это создает вращательное движение катушки. Чтобы изменить направление тока в катушке, два металла в форме полумесяца прикреплены к каждому концу катушки, называемой коммутатором. Металлические щетки помещаются так, чтобы один конец был прикреплен к батарее, а другой конец - к коммутаторам.
Двигатель постоянного тока
Коммутация в машине постоянного тока
Каждая катушка якоря содержит два коммутатора, прикрепленных к ее концу. Для преобразования тока сегменты коммутатора и щетки должны поддерживать постоянно движущийся контакт. Для получения больших выходных значений в машинах постоянного тока используется более одной катушки. Итак, вместо одной пары у нас есть несколько пар сегментов коммутатора.
Коммутация постоянного тока
Катушка замыкается накоротко на очень короткое время с помощью щеток. Этот период известен как период коммутации. Давайте рассмотрим двигатель постоянного тока, в котором ширина полос коммутатора равна ширине щеток. Пусть ток, текущий по проводнику, равен Ia. Пусть a, b, c - сегменты коммутатора двигателя. Реверс тока в катушке. Процесс коммутации можно понять, выполнив следующие шаги.
Позиция-1
позиция 1
Пусть якорь начинает вращаться, затем щетка перемещается по сегментам коммутатора. Пусть первое положение контакта щеточного коммутатора будет в сегменте b, как показано выше. Поскольку ширина коммутатора равна ширине щетки, в указанном выше положении общие площади коммутатора и щетки контактируют друг с другом. Суммарный ток, проводимый сегментом коммутатора в щетку в этом положении, будет 2Ia.
Позиция-2
Теперь якорь вращается вправо, и щетка входит в контакт со стержнем a. В этом положении общий проводимый ток будет 2 Ia, но ток в катушке изменится. Здесь ток течет по двум путям A и B. 3/4 2Ia идет от катушки B, а оставшаяся 1/4 - от катушки A. KCL подается на сегменты a и b, ток через катушку B уменьшается до Ia / 2, а ток, протекающий через сегмент a, равен Ia / 2.
позиция 2
Позиция-3
В этом положении половина щетки контактирует с сегментом a, а другая половина с сегментом b. Поскольку общий ток, протекающий через щетку, равен 2Ia, ток Ia проходит через катушку A, а ток Ia проходит через катушку B. Используя KCL, мы можем заметить, что ток в катушке B будет равен нулю.
позиция 3
Позиция-4
В этом положении одна четвертая поверхности щетки будет контактировать с сегментом b, а три четверти - с сегментом a. Здесь ток, протекающий через катушку B, равен - Ia / 2. Здесь мы можем заметить, что ток в катушке B обратный.
позиция 4
Позиция-5
В этом положении щетка полностью контактирует с сегментом a, а ток от катушки B равен Ia, но имеет направление, обратное направлению тока в положении 1. Таким образом, процесс коммутации завершен для сегмента b.
позиция 5
Эффекты коммутации
Вычисление называется идеальной коммутацией, когда реверсирование тока завершается к концу периода коммутации. Если реверсирование тока завершено в течение периода коммутации, на контакте щеток возникает искра и происходит перегрев, приводящий к повреждению поверхности коммутатора. Этот дефект называется плохо коммутируемой машиной.
Для предотвращения этого типа дефектов существует три метода улучшения коммутации.
- Коммутация сопротивления.
- Коммутация ЭДС.
- Компенсирующая обмотка.
Коммутация сопротивления
Для решения проблемы плохой коммутации применяется метод резистивной коммутации. В этом методе медные щетки с более низким сопротивлением заменяются угольными щетками с более высоким сопротивлением. Сопротивление увеличивается с уменьшением площади поперечного сечения. Таким образом, сопротивление ведомого сегмента коммутатора увеличивается по мере движения щетки к ведущему сегменту. Следовательно, ведущий сегмент наиболее предпочтителен для текущего пути, а большой ток проходит по пути, предоставленному ведущим сегментом, чтобы достичь щетки. Это можно хорошо понять, посмотрев на наш рисунок ниже.
На рисунке выше ток от катушки 3 может идти двумя путями. Путь 1 от катушки 3 к катушке 2 и сегменту b. Путь 2 от короткозамкнутой катушки 2, затем катушки 1 и сегмента a. Когда используются медные щетки, ток будет проходить по пути 1 из-за меньшего сопротивления пути. Но когда используются угольные щетки, ток предпочитает путь 2, потому что по мере уменьшения площади контакта между щеткой и сегментом сопротивление увеличивается. Это останавливает раннее изменение направления тока и предотвращает искрение в машине постоянного тока.
Коммутация ЭДС
Индукционные свойства катушки - одна из причин медленного реверсирования тока в процессе коммутации. Эту проблему можно решить, нейтрализуя реактивное напряжение, создаваемое катушкой, путем создания обратной ЭДС в катушке короткого замыкания в течение периода коммутации. Эта коммутация ЭДС также известна как коммутация напряжения.
Это можно сделать двумя способами.
- Методом смещения кисти.
- Используя коммутирующие полюса.
В методе смещения щеток щетки смещаются вперед для генератора постоянного тока и назад в двигателе постоянного тока. Это устанавливает поток в нейтральной зоне. Поскольку коммутирующая катушка сокращает поток, индуцируется небольшое напряжение. Поскольку положение щетки необходимо менять при каждом изменении нагрузки, этот метод редко бывает предпочтительным.
Во втором методе используются коммутирующие полюса. Это небольшие магнитные полюса, расположенные между основными полюсами, установленными на статоре машины. Они присоединены последовательно к якорю. Поскольку ток нагрузки вызывает обратную ЭДС. , эти коммутирующие полюса нейтрализуют положение магнитного поля.
Без этих коммутирующих полюсов щели коммутатора не могли бы оставаться выровненными с идеальными частями магнитного поля, поскольку положение магнитного поля изменяется из-за обратной ЭДС. Во время периода коммутации эти коммутирующие полюса индуцируют ЭДС в катушке короткого замыкания, которая противодействует напряжению реактивного сопротивления и обеспечивает безискровую коммутацию.
Полярность коммутирующих полюсов такая же, как у основного полюса, расположенного рядом с ним для генератора, тогда как полярность коммутирующих полюсов противоположна основным полюсам в двигателе.
Узнавать о коммутатор мы обнаружили, что это небольшое устройство играет важную роль в правильной работе машин постоянного тока. Коммутаторы являются очень полезными устройствами не только в качестве преобразователя тока, но и для безопасной работы машин без повреждений из-за искр. Но по мере развития технологий коммутаторы заменяются новыми технологиями. Можете ли вы назвать новую технику, которая заменила коммутаторы в последние дни?
