I vårt daglige liv har bruken av likestrømsmaskiner for våre daglige behov blitt en vanlig ting. DC-maskin er en energiomdannelse enhet som lager elektromekaniske konverteringer . Det er to typer DC-maskiner - DC-motorene og DC-generatorer . DC-motorer konverterer likestrøm til mekanisk bevegelse mens DC-generatorer konverterer den mekaniske bevegelsen til likestrøm. Men fangsten er at strømmen generert i en DC-generator er en AC, men utgangen fra generatoren er DC !! På samme måte gjelder motorens prinsipp når strømmen i spolen veksler, men kraften som påføres en DC-motor er DC !! Så hvordan kjører disse maskinene? Svaret på dette underet er den lille enheten som heter 'Commutator'.
Hva er kommutasjon?
Pendling i likestrømsmaskiner er prosessen der reversering av strøm skjer. I DC-generator brukes denne prosessen til å konvertere den induserte AC i lederne til en DC-utgang. I likestrømsmotorer brukes kommutasjon for å reversere retningen på DC-strøm før den påføres på motorens spoler.
Hvordan foregår kommuteringsprosessen?
Enheten kalt Commutator hjelper i denne prosessen. La oss se på funksjonen til en DC-motor for å forstå kommuteringsprosessen. Det grunnleggende prinsippet som en motor fungerer på er elektromagnetisk induksjon. Når strøm føres gjennom en leder, produserer den magnetiske feltlinjer rundt den. Vi vet også at når et magnetisk nord og magnetisk sør vender mot hverandre, beveger magnetiske kraftlinjer seg fra Nordpolsmagneten til Sydpolsmagneten som vist i figuren nedenfor.
Magnetic Lines of Forces
Når lederen med et magnetfelt indusert rundt den plasseres i banen til disse magnetiske kraftlinjene, blokkerer den deres vei. Så disse magnetiske linjene prøver å fjerne denne hindringen ved å enten bevege den oppover eller nedover, avhengig av strømretningen i sjåfør . Dette gir motoreffekt.
Motoreffekt på spole
Når en Elektromagnetisk spole er plassert mellom to magnetiske med nordvendt sør for en annen magnet, beveger magnetlinjene spolen oppover når strømmen er i en retning og nedover når strømmen i spolen er i motsatt retning. Dette skaper spolens rotasjonsbevegelse. For å endre strømretningen i spolen, er to halvmåneformede metaller festet til hver ende av spolen kalt Commutator. Metallbørster er plassert med den ene enden festet til batteriet og den andre enden koblet til kommutatorene.
DC-motor
Pendling i DC-maskin
Hver armaturspole inneholder to kommutatorer festet i enden. For transformasjon av strøm, bør Commutatorsegmentene og børstene opprettholde en kontinuerlig bevegelig kontakt. For å få større utgangsverdier brukes mer enn en spole i DC-maskiner. Så i stedet for ett par har vi et par par kommutatorsegmenter.
DC Commutation
Spolen kortsluttes i veldig kort tid ved hjelp av børster. Denne perioden er kjent som kommuteringsperiode. La oss se på en likestrømsmotor der bredden på kommutatorstengene er lik bredden på børstene. La strømmen som strømmer gjennom lederen være Ia. La a, b, c være motorens kommutatorsegmenter. Gjeldende reversering i spolen, dvs. kommuteringsprosessen kan forstås av trinnene nedenfor.
Posisjon-1
posisjon 1
La armaturen begynne å rotere, og deretter beveger børsten seg over kommutatorsegmentene. La børstekommutatorkontaktens første posisjon være i segment b som vist ovenfor. Ettersom bredden på kommutatoren er lik børstens bredde, i den ovennevnte posisjonen er de totale områdene av kommutatoren og børsten i kontakt med hverandre. Den totale strømmen som kommutatorsegmentet fører til børsten på denne posisjonen vil være 2Ia.
Posisjon-2
Nå roterer ankeret mot høyre og børsten kommer i kontakt med stangen a. På denne posisjonen vil den totale ledede strømmen være 2Ia, men strømmen i spolen endres. Her strømmer strømmen gjennom to baner A og B. 3/4 av 2Ia kommer fra spole B og resterende 1/4 kommer fra spole A. Når KCL påføres ved segmentet a og b, blir strømmen gjennom spolen B redusert til Ia / 2 og strømmen trukket gjennom segment a er Ia / 2.
posisjon 2
Posisjon-3
I denne posisjonen er halvdelen av børsten, en overflate i kontakt med segment a, og den andre halvdelen er med segment b. Ettersom den totale strømtrukne trauebørsten er 2Ia, trekkes strøm Ia gjennom spole A og Ia trekkes gjennom spole B. Ved å bruke KCL kan vi observere at strømmen i spole B vil være null.
posisjon 3
Posisjon-4
I denne posisjonen vil en fjerdedel av børsteoverflaten være i kontakt med segment b og tre fjerde med segment a. Her er strømmen trukket gjennom spole B - Ia / 2. Her kan vi observere at strømmen i spole B er omvendt.
posisjon 4
Posisjon-5
På denne posisjonen er børsten i full kontakt med segment a og strømmen fra spole B er Ia, men er omvendt retning til den nåværende retningen til posisjon 1. Dermed er kommuteringsprosessen fullført for segment b.
posisjon 5
Effekter av kommutasjon
Beregningen kalles Ideal kommutasjon når reverseringen av strømmen er fullført ved slutten av kommuteringsperioden. Hvis gjeldende reversering er fullført i løpet av kommuteringsperioden, oppstår gnisting ved kontakt med børster og overoppheting skader kommutatorens overflate. Denne feilen kalles dårlig kommuterte maskiner.
For å forhindre denne typen feil er det tre typer metoder for å forbedre kommutasjonen.
- Motstandspendling.
- EMF-pendling.
- Kompenserende vikling.
Motstandskommutasjon
For å takle problemet med dårlig kommutering, brukes motstandskommuteringsmetoden. I denne metoden erstattes kobberbørster med lavere motstand med karbonbørster med høyere motstand. Motstand øker med avtagende tverrsnitt. Så motstanden til det etterfølgende kommutatorsegmentet øker når børsten beveger seg mot det fremste segmentet. Derfor er det ledende segmentet mest favorisert for den nåværende banen, og den store strømmen tar stien fra det ledende segmentet for å nå børsten. Dette kan forstås godt ved å se på figuren nedenfor.
I figuren over kan strømmen fra spole 3 ta to veier. Sti 1 fra spole 3 til spole 2 og segment b. Sti 2 fra kortsluttet spole 2 deretter spole 1 og segment a. Når kobberbørster brukes, vil strømmen ta stien 1 på grunn av lavere motstand som stien tilbyr. Men når det brukes karbonbørster, foretrekker strømmen sti 2 fordi når kontaktområdet mellom børste og segment avtar, øker motstanden. Dette stopper tidlig reversering av strøm og forhindrer gnistdannelse i DC-maskinen.
EMF Commutation
Induksjonsegenskapene til spolen er en av årsakene til den langsomme reverseringen av strøm under kommuteringsprosessen. Dette problemet kan løses ved å nøytralisere reaktansspenningen som produseres av spolen ved å produsere omvendt emf i kortslutningsspolen i løpet av kommuteringsperioden. Denne EMF-kommuteringen er også kjent som Voltage commutation.
Dette kan gjøres på to måter.
- Ved pensel forskyvning metode.
- Ved å bruke kommuteringsstolper.
I børsteskiftemetoden forskydes børstene fremover for DC-generatoren og bakover i DC-motoren. Dette etablerer en strøm i nøytral sone. Når kommuteringsspolen kutter strømmen, induseres en liten spenning. Ettersom børsteposisjonen må forskyves for hver variasjon i belastning, foretrekkes sjelden denne metoden.
I den andre metoden brukes kommuteringsstolper. Dette er de små magnetiske stolpene plassert mellom hovedstolpene montert på maskinens stator. Disse er festet i seriekobling med ankeret. Som laststrøm forårsaker tilbake e.m.f. , disse kommuteringsstolpene nøytraliserer posisjonen til magnetfeltet.
Uten disse kommuteringsstolpene ville ikke kommutatoråpningene holdt seg på linje med ideelle deler av magnetfeltet ettersom magnetfeltposisjon endres på grunn av rygg e.m.f. I løpet av kommuteringsperioden induserer disse kommuteringsstolpene en emf i kortslutningsspolen som motarbeider reaktansspenningen og gir gnistfri kommutering.
Polariteten til kommuteringsstolper er den samme som hovedpolen som ligger ved siden av den for generatoren, mens polariteten til kommuteringsstolper er motsatt hovedpolene i motoren.
Lære om kommutatoren Vi fant ut at denne lille enheten spiller en viktig rolle i riktig bruk av DC-maskiner. Ikke bare som en strømomformer, men også for sikker funksjon av maskiner uten skade på grunn av gnister, er kommutatorer veldig nyttige enheter. Men med økende utvikling i teknologi blir kommutatorer erstattet med ny teknologi. Kan du nevne den nye teknikken som erstattet kommutatorer de siste dagene?
