In unserem täglichen Leben ist der Einsatz von Gleichstrommaschinen für unsere täglichen Bedürfnisse zu einer alltäglichen Sache geworden. Gleichstrommaschine ist eine Energieumwandlung Gerät, das macht elektromechanische Umbauten . Es gibt zwei Arten von Gleichstrommaschinen - die Gleichstrommotoren und die Gleichstromgeneratoren . Gleichstrommotoren wandeln elektrische Gleichstromleistung in mechanische Bewegung um, während Gleichstromgeneratoren die mechanische Bewegung in Gleichstrom umwandeln. Aber der Haken ist, dass der in einem Gleichstromgenerator erzeugte Strom ein Wechselstrom ist, aber der Ausgang des Generators Gleichstrom ist !! In gleicher Weise gilt das Prinzip des Motors, wenn sich der Strom in der Spule abwechselt, die an einen Gleichstrommotor angelegte Leistung jedoch Gleichstrom ist !! Wie laufen diese Maschinen dann? Die Antwort auf dieses Wunder ist das kleine Gerät namens 'Commutator'.
Was ist Kommutierung?
Die Kommutierung in Gleichstrommaschinen ist der Prozess, durch den die Stromumkehr erfolgt. Im Gleichstromgenerator wird dieser Prozess verwendet, um den induzierten Wechselstrom in den Leitern in einen Gleichstromausgang umzuwandeln. Bei Gleichstrommotoren wird die Kommutierung verwendet, um die Richtungen von umzukehren Gleichstrom bevor sie auf die Spulen des Motors aufgebracht werden.
Wie findet der Kommutierungsprozess statt?
Das Gerät namens Commutator hilft dabei. Schauen wir uns die Funktionsweise eines Gleichstrommotors an, um den Kommutierungsprozess zu verstehen. Das Grundprinzip, nach dem ein Motor arbeitet, ist die elektromagnetische Induktion. Wenn Strom durch einen Leiter fließt, erzeugt er Magnetfeldlinien um ihn herum. Wir wissen auch, dass sich magnetische Kraftlinien vom Nordpolmagneten zum Südpolmagneten bewegen, wenn sich ein magnetischer Norden und ein magnetischer Süden gegenüberstehen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.
Magnetische Kraftlinien
Wenn der Leiter mit einem um ihn herum induzierten Magnetfeld in den Pfad dieser magnetischen Kraftlinien gelegt wird, blockiert er deren Pfad. Diese magnetischen Linien versuchen also, dieses Hindernis zu beseitigen, indem sie es je nach Stromrichtung in der Richtung nach oben oder unten bewegen Treiber . Dies führt zu einem motorischen Effekt.
Motoreffekt auf die Spule
Wenn ein Elektromagnetische Spule Wird zwischen zwei Magneten platziert, wobei der Norden nach Süden eines anderen Magneten zeigt, bewegen die Magnetlinien die Spule nach oben, wenn der Strom in eine Richtung fließt, und nach unten, wenn der Strom in der Spule in die umgekehrte Richtung fließt. Dies erzeugt die Drehbewegung der Spule. Um die Stromrichtung in der Spule zu ändern, sind an jedem Ende der Spule zwei halbmondförmige Metalle angebracht, die als Kommutator bezeichnet werden. Metallbürsten werden so platziert, dass ein Ende an der Batterie angebracht und das andere Ende mit den Kommutatoren verbunden ist.
Gleichspannungs Motor
Kommutierung in Gleichstrommaschine
Jede Ankerspule enthält zwei an ihrem Ende angebrachte Kommutatoren. Für die Stromumwandlung sollten die Kommutatorsegmente und Bürsten einen sich ständig bewegenden Kontakt aufrechterhalten. Um größere Ausgangswerte zu erhalten, wird in Gleichstrommaschinen mehr als eine Spule verwendet. Anstelle eines Paares haben wir also eine Reihe von Paaren von Kommutatorsegmenten.
DC-Kommutierung
Die Spule wird mit Hilfe von Bürsten für sehr kurze Zeit kurzgeschlossen. Diese Periode wird als Kommutierungsperiode bezeichnet. Betrachten wir einen Gleichstrommotor, bei dem die Breite der Kommutatorstangen der Breite der Bürsten entspricht. Der durch den Leiter fließende Strom sei Ia. Sei a, b, c die Kommutatorsegmente des Motors. Die Stromumkehr in der Spule .i.e. Der Kommutierungsprozess kann durch die folgenden Schritte verstanden werden.
Position-1
Position 1
Lassen Sie den Anker anfangen sich zu drehen, dann bewegt sich die Bürste über die Kommutatorsegmente. Die erste Position des Bürstenkommutatorkontakts sei wie oben gezeigt in Segment b. Da die Breite des Kommutators gleich der Breite der Bürste ist, stehen in der obigen Position die Gesamtflächen von Kommutator und Bürste miteinander in Kontakt. Der Gesamtstrom, der vom Kommutatorsegment an dieser Position in die Bürste geleitet wird, beträgt 2Ia.
Position-2
Jetzt dreht sich der Anker nach rechts und die Bürste kommt mit der Stange a in Kontakt. An dieser Position beträgt der insgesamt geleitete Strom 2Ia, aber der Strom in der Spule ändert sich. Hier fließt der Strom durch zwei Pfade A und B. 3/4 des 2Ia kommt von der Spule B und das verbleibende 1/4 kommt von der Spule A. Wenn KCL Wird am Segment a und b angelegt, wird der Strom durch die Spule B auf Ia / 2 reduziert und der durch das Segment a gezogene Strom beträgt Ia / 2.
Position 2
Position-3
In dieser Position befindet sich eine Bürstenhälfte in Kontakt mit Segment a und die andere Hälfte mit Segment b. Da der durch die Bürste gezogene Gesamtstrom 2Ia beträgt, wird der Strom Ia durch die Spule A und Ia durch die Spule B gezogen. Mit KCL können wir beobachten, dass der Strom in der Spule B Null ist.
Position 3
Position-4
In dieser Position berührt ein Viertel der Bürstenoberfläche das Segment b und drei Viertel das Segment a. Hier beträgt der durch die Spule B gezogene Strom - Ia / 2. Hier können wir beobachten, dass der Strom in Spule B umgekehrt ist.
Position 4
Position-5
In dieser Position befindet sich die Bürste in vollem Kontakt mit Segment a und der Strom von Spule B ist Ia, ist jedoch in umgekehrter Richtung zur aktuellen Richtung von Position 1. Damit ist der Kommutierungsprozess für Segment b abgeschlossen.
Position 5
Auswirkungen der Kommutierung
Die Berechnung wird als ideale Kommutierung bezeichnet, wenn die Stromumkehr bis zum Ende der Kommutierungsperiode abgeschlossen ist. Wenn die Stromumkehr während der Kommutierungsperiode abgeschlossen ist, tritt beim Kontakt der Bürsten eine Funkenbildung auf und eine Überhitzung beschädigt die Oberfläche des Kommutators. Dieser Defekt wird als schlecht kommutierte Maschine bezeichnet.
Um diese Art von Fehlern zu vermeiden, gibt es drei Arten von Methoden zur Verbesserung der Kommutierung.
- Widerstandskommutierung.
- EMF-Kommutierung.
- Ausgleichswicklung.
Widerstandskommutierung
Um das Problem der schlechten Kommutierung anzugehen, wird die Widerstandskommutierungsmethode angewendet. Bei diesem Verfahren werden Kupferbürsten mit geringerem Widerstand durch Kohlebürsten mit höherem Widerstand ersetzt. Der Widerstand nimmt mit abnehmender Querschnittsfläche zu. Der Widerstand des nachlaufenden Kommutatorsegments nimmt also zu, wenn sich die Bürste in Richtung des vorderen Segments bewegt. Daher ist das führende Segment für den Strompfad am meisten bevorzugt, und ein großer Strom nimmt den vom führenden Segment bereitgestellten Pfad, um die Bürste zu erreichen. Dies kann anhand unserer Abbildung unten gut verstanden werden.
In der obigen Abbildung kann der Strom von Spule 3 zwei Wege nehmen. Pfad 1 von Spule 3 zu Spule 2 und Segment b. Pfad 2 von der kurzgeschlossenen Spule 2, dann Spule 1 und Segment a. Wenn Kupferbürsten verwendet werden, nimmt der Strom den Pfad 1 aufgrund des geringeren Widerstands, den der Pfad bietet. Wenn jedoch Kohlebürsten verwendet werden, bevorzugt der Strom den Pfad 2, da der Widerstand mit abnehmender Kontaktfläche zwischen Bürste und Segment zunimmt. Dies stoppt die frühe Stromumkehr und verhindert Funkenbildung in der Gleichstrommaschine.
EMF-Kommutierung
Die Induktionseigenschaft der Spule ist einer der Gründe für die langsame Stromumkehr während des Kommutierungsprozesses. Dieses Problem kann gelöst werden, indem die von der Spule erzeugte Reaktanzspannung neutralisiert wird, indem während der Kommutierungsperiode die umgekehrte EMF in der Kurzschlussspule erzeugt wird. Diese EMF-Kommutierung wird auch als Spannungskommutierung bezeichnet.
Dies kann auf zwei Arten erfolgen.
- Durch Pinselverschiebungsmethode.
- Durch Verwendung von Kommutierungspolen.
Beim Bürstenschaltverfahren werden die Bürsten für den Gleichstromgenerator vorwärts und im Gleichstrommotor rückwärts geschaltet. Dies erzeugt einen Fluss in der neutralen Zone. Während die Kommutierungsspule den Fluss abschneidet, wird eine kleine Spannung induziert. Da die Bürstenposition für jede Laständerung verschoben werden muss, wird diese Methode selten bevorzugt.
Bei der zweiten Methode werden Kommutierungspole verwendet. Dies sind die kleinen Magnetpole, die zwischen den am Stator der Maschine montierten Hauptpolen angeordnet sind. Diese sind in Reihe mit dem Anker geschaltet. Als Laststrom verursacht zurück e.m.f. Diese Kommutierungspole neutralisieren die Position des Magnetfeldes.
Ohne diese Kommutierungspole würden die Kommutatorschlitze nicht mit idealen Teilen des Magnetfelds ausgerichtet bleiben, da sich die Position des Magnetfelds aufgrund des Rückens ändert. Während der Kommutierungsperiode induzieren diese Kommutierungspole eine EMF in der Kurzschlussspule, die der Reaktanzspannung entgegenwirkt und eine funkenfreie Kommutierung ergibt.
Die Polarität der Kommutierungspole entspricht der des nebenstehenden Generators für den Generator, während die Polarität der Kommutierungspole den Hauptpolen im Motor entgegengesetzt ist.
Lernen über der Kommutator Wir haben festgestellt, dass dieses kleine Gerät eine wichtige Rolle für das ordnungsgemäße Funktionieren von Gleichstrommaschinen spielt. Nicht nur als Stromrichter, sondern auch für das sichere Funktionieren von Maschinen ohne Funkenschäden sind Kommutatoren sehr nützliche Geräte. Mit zunehmender technologischer Entwicklung werden Kommutatoren jedoch durch neue Technologien ersetzt. Können Sie die neue Technik nennen, die in den letzten Tagen die Kommutatoren ersetzt hat?
