I vårt dagliga liv har användningen av likströmsmaskiner för våra dagliga behov blivit en vanlig sak. DC-maskin är en energiomvandling enhet som gör elektromekaniska omvandlingar . Det finns två typer av likströmsmaskiner - likströmsmotorer och DC-generatorer . Likströmsmotorer omvandlar likström till mekanisk rörelse medan likströmsgeneratorerna omvandlar den mekaniska rörelsen till likström. Men fångsten är, strömmen som genereras i en likströmsgenerator är en växelström men utgången från generatorn är likström !! På samma sätt är motorns princip tillämplig när strömmen i spolen växlar, men den effekt som appliceras på en likströmsmotor är likström !! Hur kör dessa maskiner då? Svaret på detta under är den lilla enheten som heter 'Commutator'.
Vad är kommutation?
Pendling i likströmsmaskiner är den process genom vilken strömomvandlingen sker. I likströmsgenerator används denna process för att omvandla den inducerade växelströmmen i ledarna till en likströmsutgång. I likströmsmotorer används kommutation för att vända riktningarna för DC-ström innan den appliceras på motorns spolar.
Hur sker kommuteringsprocessen?
Enheten som heter Commutator hjälper till i den här processen. Låt oss titta på en likströmsmotor för att förstå kommuteringsprocessen. Grundprincipen som en motor arbetar på är elektromagnetisk induktion. När ström passerar genom en ledare producerar den magnetiska fältlinjer runt den. Vi vet också att när en magnetisk norr och magnetisk söder vetter mot varandra, rör sig magnetiska kraftlinjer från nordpolsmagnet till sydpolsmagnet som visas i figuren nedan.
Magnetiska styrkor
När ledaren med ett magnetfält inducerad runt den placeras i banan för dessa magnetiska kraftlinjer blockerar den deras väg. Så dessa magnetiska linjer försöker ta bort detta hinder genom att antingen flytta det uppåt eller nedåt beroende på strömriktningen i förare . Detta ger upphov till motoreffekt.
Motoreffekt på spole
När en Elektromagnetisk spole placeras mellan två magnetiska med norrut vänd söder om en annan magnet, rör de magnetiska linjerna spolen uppåt när strömmen är i en riktning och nedåt när strömmen i spolen är i omvänd riktning. Detta skapar spolens rotationsrörelse. För att ändra strömriktningen i spolen är två halvmåneformade metaller fästa i vardera änden av spolen som kallas Commutator. Metallborstar placeras med ena änden fäst vid batteriet och den andra änden ansluten till kommutatorerna.
likströmsmotor
Pendling i likströmsmaskin
Varje ankarspole innehåller två kommutatorer fästa i slutet. För transformationen av ström ska kommutatorsegmenten och borstarna upprätthålla en kontinuerligt rörlig kontakt. För att få större utgångsvärden används mer än en spole i likströmsmaskiner. Så istället för ett par har vi ett antal par kommutatorsegment.
DC Commutation
Spolen är kortsluten under mycket kort tid med hjälp av borstar. Denna period kallas kommuteringsperiod. Låt oss överväga en likströmsmotor där kommutatorstångens bredd är lika med borstarnas bredd. Låt strömmen som flyter genom ledaren vara Ia. Låt a, b, c vara motorns kommutatorsegment. Den aktuella vändningen i spolen. Dvs. kommuteringsprocessen kan förstås av nedanstående steg.
Position-1
position 1
Låt ankaret börja rotera, sedan rör sig borsten över kommutatorsegmenten. Låt borstkommutatorkontaktens första position vara vid segment b som visas ovan. Eftersom kommutatorns bredd är lika med borstens bredd, är de totala ytorna för kommutatorn och borsten i ovanstående läge i kontakt med varandra. Den totala strömmen som kommutatorsegmentet leder till borsten vid denna position kommer att vara 2Ia.
Position-2
Nu roterar ankaret åt höger och borsten kommer i kontakt med stången a. Vid denna position blir den totala ledda strömmen 2Ia, men strömmen i spolen ändras. Här strömmar strömmen genom två banor A och B. 3/4: e av 2Ia kommer från spolen B och resterande 1/4: e kommer från spole A. När KCL appliceras vid segmentet a och b reduceras strömmen genom spolen B till Ia / 2 och strömmen som dras genom segmentet a är Ia / 2.
position 2
Position-3
Vid detta läge är hälften av borsten, en yta är i kontakt med segment a och den andra halvan är med segment b. Eftersom den totala strömtagna trågborsten är 2Ia, dras ström Ia genom spole A och Ia dras genom spole B. Med hjälp av KCL kan vi observera att strömmen i spole B kommer att vara noll.
position 3
Position-4
I detta läge kommer en fjärdedel av borstytan att vara i kontakt med segment b och tre fjärde med segment a. Här är strömmen som dras genom spole B - Ia / 2. Här kan vi observera att strömmen i spole B är omvänd.
position 4
Position-5
Vid denna position är borsten i full kontakt med segment a och strömmen från spole B är la men är omvänd riktning till den aktuella riktningen för position 1. Således är kommuteringsprocessen slutförd för segment b.
position 5
Effekter av pendling
Beräkningen kallas idealpendling när omvandlingen av strömmen är klar i slutet av pendlingsperioden. Om den aktuella vändningen är klar under kommuteringsperioden, uppstår gnistbildning vid borstens kontakt och överhettning sker och skadar ytan på kommutatorn. Denna defekt kallas dåligt kommuterad maskin.
För att förhindra denna typ av fel finns det tre typer av metoder för att förbättra pendlingen.
- Motstånd pendling.
- EMF-pendling.
- Kompenserande lindning.
Motståndskommutation
För att ta itu med problemet med dålig pendling används motståndskommuteringsmetod. I denna metod ersätts kopparborstar med lägre motstånd mot kolborstar med högre motstånd. Motståndet ökar med det minskande tvärsnittsområdet. Så motståndet för det bakre kommutatorsegmentet ökar när borsten rör sig mot det främsta segmentet. Följaktligen är det främsta segmentet mest gynnat för den aktuella banan och stor ström tar den väg som tillhandahålls av det ledande segmentet för att nå borsten. Detta kan förstås väl genom att titta på vår figur nedan.
I figuren ovan kan strömmen från spole 3 ta två vägar. Bana 1 från spole 3 till spole 2 och segment b. Bana 2 från kortsluten spole 2 sedan spole 1 och segment a. När kopparborstar används kommer strömmen att ta väg 1 på grund av lägre motstånd som erbjuds av banan. Men när kolborstar används föredrar strömmen sökvägen 2 eftersom kontaktområdet mellan borste och segment minskar ökar motståndet. Detta stoppar den tidiga reverseringen av strömmen och förhindrar gnistbildning i likströmsmaskinen.
EMF-pendling
Spolens induktionsegenskap är en av anledningarna till den långsamma vändningen av ström under kommuteringsprocessen. Detta problem kan hanteras genom att neutralisera reaktansspänningen som produceras av spolen genom att producera omvänd e.m.f i kortslutningsspolen under kommuteringsperioden. Denna EMF-kommutation är också känd som Voltage commutation.
Detta kan göras på två sätt.
- Med Brush Shifting-metoden.
- Genom att använda kommuterande stolpar.
I borstväxlingsmetoden flyttas borstar framåt för likströmsgeneratorn och bakåt i likströmsmotorn. Detta skapar ett flöde i den neutrala zonen. Eftersom kommuteringsspolen skär flödet induceras en liten spänning. Eftersom borstposition måste flyttas för varje variation i belastning föredras denna metod sällan.
I den andra metoden används kommuteringsstolpar. Dessa är de små magnetiska stolparna placerade mellan huvudstolparna monterade på maskinens stator. Dessa är fästa i seriekoppling med ankaret. Eftersom belastningsström orsakar tillbaka e.m.f. , neutraliserar dessa kommuterande poler magnetfältets position.
Utan dessa kommuterande poler skulle kommutatorns slitsar inte förbli i linje med ideala delar av magnetfältet eftersom magnetfältets position ändras på grund av baksidan e.m.f. Under kommuteringsperioden inducerar dessa kommuteringspoler en emf i kortslutningsspolen som motsätter reaktansspänningen och ger gnistlös kommutering.
Kommuteringsstolparnas polaritet är densamma som huvudpolen belägen bredvid den för generatorn, medan polariteten hos kommuteringspolerna är motsatt huvudpolerna i motorn.
Lär sig om kommutatorn Vi fann att den här lilla enheten spelar en viktig roll för att DC-maskiner ska fungera korrekt. Inte bara som en strömomvandlare utan också för att maskinerna ska fungera säkert utan skador på grund av gnistor, är kommutatorer mycket användbara enheter. Men med ökande teknikutveckling ersätts kommutatorer med ny teknik. Kan du namnge den nya tekniken som ersatte kommutatorer de senaste dagarna?
