Päivittäisessä elämässämme tasavirtakoneiden käytöstä päivittäisiin tarpeisiimme on tullut yleinen asia. DC-kone on energian muuntaminen laite, joka tekee sähkömekaaniset muunnokset . DC-koneita on kahden tyyppisiä - tasavirtamoottorit ja DC-generaattorit . DC-moottorit muuttavat DC-sähkötehon mekaaniseksi liikkeeksi, kun taas DC-generaattorit muuttavat mekaanisen liikkeen DC-tehoksi. Mutta saalis on, DC-generaattorissa syntyvä virta on vaihtovirta, mutta generaattorin lähtö on DC! Samalla tavalla moottorin periaatetta voidaan soveltaa, kun kelan virta vaihtelee, mutta tasavirtamoottorille syötetty teho on tasavirtaa !! Kuinka nämä koneet sitten toimivat? Vastaus tähän ihmeeseen on pieni laite nimeltä “Commutator”.
Mikä on kommutaatio?
Kommutointi tasavirtakoneissa on prosessi, jolla virta muuttuu. DC-generaattorissa tätä prosessia käytetään johtimien indusoidun vaihtovirran muuntamiseen DC-ulostuloksi. DC-moottoreissa kommutointia käytetään kääntämään suunnat DC-virta ennen levittämistä moottorin keloihin.
Kuinka kommutointiprosessi tapahtuu?
Commutator-niminen laite auttaa tässä prosessissa. Katsotaan DC-moottorin toimintaa kommutointiprosessin ymmärtämiseksi. Perusperiaate, jolla moottori toimii, on sähkömagneettinen induktio. Kun virta kulkee johtimen läpi, se tuottaa magneettikentän viivoja sen ympärille. Tiedämme myös, että kun magneettinen pohjoinen ja magneettinen etelä ovat vastakkain, magneettiset voimajohdot siirtyvät pohjoisnavan magneettista etelänavan magneettiin alla olevan kuvan mukaisesti.
Magneettiset voimat
Kun johdin, jonka ympärillä on indusoitu magneettikenttä, asetetaan näiden magneettisten voimajohtojen polulle, se estää niiden polun. Joten nämä magneettilinjat yrittävät poistaa tämän esteen joko siirtämällä sitä ylös- tai alaspäin virran suunnasta riippuen kuljettaja . Tämä saa aikaan moottorivaikutuksen.
Moottorin vaikutus kelaan
Kun Sähkömagneettinen kela on sijoitettu kahden magneettisen väliin pohjoiseen päin toisen magneetin eteläpuolelle, magneettilinjat liikkuvat kelaa ylöspäin, kun virta on yhdessä suunnassa, ja alaspäin, kun kelassa oleva virta on vastakkaiseen suuntaan. Tämä luo kelan pyörivän liikkeen. Kelan virran suunnan muuttamiseksi kaksi puolikuun muotoista metallia on kiinnitetty kelan molempiin päihin nimeltä Commutator. Metalliharjat asetetaan siten, että toinen pää on kiinnitetty paristoon ja toinen pää kytketty kommutaattoreihin.
DC-moottori
Kommutointi DC-koneessa
Kussakin Armature-kelassa on kaksi kommutaattoria, jotka on kiinnitetty loppuun. Virran muuntamiseksi kommutaattorisegmenttien ja harjojen tulisi ylläpitää jatkuvasti liikkuvaa yhteyttä. Suurempien lähtöarvojen saamiseksi DC-koneissa käytetään useampaa kuin yhtä kelaa. Joten yhden parin sijaan meillä on joukko kommutaattorisegmenttipareja.
DC-kommutointi
Käämi oikosuljetaan hyvin lyhyeksi ajaksi harjojen avulla. Tätä ajanjaksoa kutsutaan kommutaatiojaksoksi. Tarkastellaan tasavirtamoottoria, jossa kommutaattoripalkkien leveys on yhtä suuri kuin harjojen leveys. Olkoon johtimen läpi kulkeva virta Ia. Olkoon a, b, c moottorin kommutaattorisegmentit. Kelan nykyinen kääntö. kommutointiprosessi voidaan ymmärtää seuraavilla vaiheilla.
Asento-1
asento 1
Anna ankkurin alkaa pyöriä, sitten harja liikkuu kommutaattorisegmenttien yli. Anna harjan kommutaattorin koskettimen ensimmäisen asennon olla segmentissä b, kuten yllä on esitetty. Koska kommutaattorin leveys on yhtä suuri kuin harjan leveys, yllä olevassa asennossa kommutaattorin ja harjan kokonaispinta-alat ovat kosketuksissa toisiinsa. Kommutaattorisegmentin harjaan johtama kokonaisvirta tässä asennossa on 2Ia.
Asento-2
Nyt ankkuri pyörii oikealle ja harja koskettaa tankoa a. Tässä asennossa johtava kokonaisvirta on 2Ia, mutta kelan virta muuttuu. Tässä virta kulkee kahden polun A ja B. kautta. 3/4 / 2Ia tulee kelasta B ja loput 1/4 tulee kelasta A. KCL kohdistetaan segmentteihin a ja b, kelan B läpi kulkeva virta pienennetään arvoon Ia / 2 ja segmentin a läpi kulkeva virta on Ia / 2.
asento 2
Asento-3
Tässä harjan puoliskossa pinta on kosketuksessa segmentin a ja toinen puoli segmentin b kanssa. Koska kokonaisvirta vedetty kaukaloharja on 2Ia, virta Ia vedetään kelan A läpi ja Ia kelan B. läpi. KCL: n avulla voidaan havaita, että kelassa B oleva virta on nolla.
asento 3
Asento-4
Tässä asennossa yksi neljäsosa harjan pinnasta on kosketuksessa segmentin b ja kolme neljäsosa segmentin a kanssa. Tässä kelan B läpi vedetty virta on - Ia / 2. Tässä voimme havaita, että kelassa B oleva virta on päinvastainen.
asento 4
Asento-5
Tässä asennossa harja on täydellisessä kosketuksessa segmentin a kanssa ja kelasta B tuleva virta on Ia, mutta se on suunnan vastakkainen asennon 1 nykyiseen suuntaan. Näin segmentin b kommutointiprosessi on saatu päätökseen.
asento 5
Kommutation vaikutukset
Laskentaa kutsutaan ihanteelliseksi kommutoinniksi, kun virran vaihtaminen on valmis kommutointijakson loppuun mennessä. Jos nykyinen suunnanvaihto saadaan päätökseen kommutointijakson aikana, harhojen kosketuksessa tapahtuu kipinöintiä ja ylikuumeneminen vahingoittaa kommutaattorin pintaa. Tätä vikaa kutsutaan huonosti kommutoiduksi koneeksi.
Tämän tyyppisten vikojen estämiseksi on olemassa kolmen tyyppisiä menetelmiä kommutaation parantamiseksi.
- Vastuksen kommutaatio.
- EMF-kommutointi.
- Käämityksen kompensointi.
Vastuksen kommutaatio
Huonon kommutointiongelman ratkaisemiseksi käytetään Resistenssi-kommutointimenetelmää. Tässä menetelmässä kupariharjat, joiden vastus on pienempi, korvataan hiiliharjoilla, joilla on suurempi vastus. Vastus kasvaa poikkileikkauksen pienentyessä. Joten takakommutaattorisegmentin vastus kasvaa, kun harja liikkuu kohti etusegmenttiä. Siksi johtava segmentti on suosituin nykyiselle polulle ja suuri virta kulkee johtavan segmentin tarjoaman polun päästä harjaan. Tämä voidaan ymmärtää hyvin tarkastelemalla alla olevaa kuvaa.
Yllä olevassa kuvassa kelan 3 virta voi kulkea kahdella polulla. Polku 1 kelasta 3 kelaan 2 ja segmenttiin b. Polku 2 oikosuljetusta kelasta 2, sitten kela 1 ja segmentti a. Kun käytetään kupariharjoja, virta kulkee polun 1 johtuen polun tarjoamasta pienemmästä vastuksesta. Mutta kun käytetään hiiliharjoja, virta suosii polkua 2, koska kun harjan ja segmentin välinen kosketuspinta pienenee, vastus kasvaa. Tämä pysäyttää virran varhaisen palautumisen ja estää kipinöinnin tasavirtakoneessa.
EMF-kommutointi
Kelan induktio-ominaisuus on yksi syy virran hitaaseen kääntymiseen kommutointiprosessin aikana. Tämä ongelma voidaan ratkaista neutraloimalla kelan tuottama reaktanssijännite tuottamalla käänteinen e.m.f oikosulkukelassa kommutointijakson aikana. Tämä EMF-kommutointi tunnetaan myös nimellä Voltage commutation.
Tämä voidaan tehdä kahdella tavalla.
- Harjasiirtomenetelmällä.
- Käyttämällä kommutointipylväitä.
Harjansiirtomenetelmässä harjat siirretään DC-generaattoria varten eteenpäin ja DC-moottorissa taaksepäin. Tämä muodostaa virtauksen neutraalille alueelle. Kun kommutointikäämi leikkaa vuon, indusoituu pieni jännite. Koska harjan asentoa on muutettava jokaisen kuormituksen vaihtelun suhteen, tätä menetelmää suositaan harvoin.
Toisessa menetelmässä käytetään kommutointipylväitä. Nämä ovat pieniä magneettisia pylväitä, jotka on sijoitettu koneen staattoriin asennettujen pylväiden väliin. Ne on kiinnitetty sarjaan ankkurin kanssa. Koska kuormitusvirta aiheuttaa takaisin e.m.f. , nämä kommutointipylväät neutraloivat magneettikentän sijainnin.
Ilman näitä kommutointipylväitä kommutaattorin aukot eivät pysyisi linjassa magneettikentän ihanteellisten osien kanssa, kun magneettikentän sijainti muuttuu takaosan e.m.f. Kommutointijakson aikana nämä kommutointipylväät aiheuttavat oikosulkukelassa e.m.f: n, joka vastustaa reaktanssijännitettä ja antaa kipinätöntä kommutointia.
Kytkentäsauvojen napaisuus on sama kuin generaattorin vieressä oleva päänapa, kun taas kommutointipylväiden napaisuus on vastakkainen moottorin pääpylväiden kanssa.
Oppiminen kommutaattori huomasimme, että tällä pienellä laitteella on merkittävä rooli tasavirtakoneiden asianmukaisessa toiminnassa. Kommutaattorit ovat erittäin hyödyllisiä laitteita paitsi virtamuuntajana myös koneiden turvallisen toiminnan kannalta ilman kipinöistä johtuvia vaurioita. Mutta tekniikan lisääntyessä kommutaattorit korvataan uudella tekniikalla. Voitteko mainita uuden tekniikan, joka korvasi kommutaattorit viime päivinä?
