Mūsu ikdienas dzīvē līdzstrāvas mašīnu izmantošana mūsu ikdienas vajadzībām ir kļuvusi par ierastu lietu. DC mašīna ir enerģijas pārveidošana ierīce, kas ražo elektromehāniskās pārveidošanas . Pastāv divu veidu līdzstrāvas mašīnas - līdzstrāvas motori un Līdzstrāvas ģeneratori . Līdzstrāvas motori līdzstrāvas elektrisko jaudu pārveido mehāniskā kustībā, savukārt līdzstrāvas ģeneratori mehānisko kustību pārveido līdzstrāvas jaudā. Bet nozveja ir tāda, ka līdzstrāvas ģeneratorā radītā strāva ir maiņstrāva, bet ģeneratora jauda ir līdzstrāvas !! Tādā pašā veidā motora princips ir piemērojams, ja spolē mainās strāva, bet līdzstrāvas motoram piemērotā jauda ir līdzstrāvas !! Tad kā darbojas šīs mašīnas? Atbilde uz šo brīnumu ir mazā ierīce ar nosaukumu “Commutator”.
Kas ir komutācija?
Komutācija līdzstrāvas mašīnās ir process, kurā notiek strāvas maiņa. Līdzstrāvas ģeneratorā šo procesu izmanto, lai pārveidotu vadītāju inducēto maiņstrāvu līdzstrāvas izejā. Līdzstrāvas motoros komutāciju izmanto, lai mainītu virzienus Līdzstrāva pirms uzklāšanas uz motora spolēm.
Kā notiek komutācijas process?
Šajā procesā palīdz ierīce ar nosaukumu Commutator. Apskatīsim līdzstrāvas motora darbību, lai saprastu komutācijas procesu. Motora darbības pamatprincips ir elektromagnētiskā indukcija. Kad strāva tiek izvadīta caur vadītāju, tā apkārt rada magnētiskā lauka līnijas. Mēs arī zinām, ka tad, kad magnētiskie ziemeļi un magnētiskie dienvidi ir vērsti viens pret otru, magnētiskās spēka līnijas pārvietojas no ziemeļpola magnēta uz dienvidpola magnētu, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā.
Spēku magnētiskās līnijas
Kad vadītājs ar magnētisko lauku, kas ir ap to, tiek ievietots šo magnētisko spēka līniju ceļā, tas bloķē to ceļu. Tātad šīs magnētiskās līnijas mēģina novērst šo šķērsli, pārvietojot to uz augšu vai uz leju atkarībā no strāvas virziena šoferis . Tas rada motora efektu.
Motora ietekme uz spoli
Kad Elektromagnētiskā spole ir novietots starp diviem magnētiskiem ar ziemeļiem vērstu uz dienvidiem no cita magnēta, magnētiskās līnijas pārvieto spoli uz augšu, ja strāva ir vienā virzienā, un uz leju, ja strāva spolē ir pretējā virzienā. Tas rada spoles rotācijas kustību. Lai mainītu strāvas virzienu spolē, katrā spoles galā ir piestiprināti divi pusmēness formas metāli ar nosaukumu Commutator. Metāla otas novieto tā, lai viens gals būtu piestiprināts pie akumulatora, bet otrs - ar komutatoriem.
Līdzstrāvas motors
Komutācija līdzstrāvas mašīnā
Katras armatūras spoles galā ir divi komutatori. Strāvas pārveidošanai komutatora segmentiem un sukām jāsaglabā nepārtraukti kustīgs kontakts. Lai iegūtu lielākas izejas vērtības, līdzstrāvas mašīnās tiek izmantota vairāk nekā viena spole. Tātad viena pāra vietā mums ir vairāki komutatora segmentu pāri.
Līdzstrāvas komutācija
Spole ir īslaicīgi īssavienota ar suku palīdzību. Šis periods ir pazīstams kā komutācijas periods. Apskatīsim līdzstrāvas motoru, kurā komutatora stieņu platums ir vienāds ar suku platumu. Ļaujiet strāvai, kas plūst caur vadītāju, būt Ia. Ļaujiet a, b, c būt motora komutatora segmenti. Pašreizējā maiņa spolē, t.i. komutācijas procesu var saprast ar šādām darbībām.
1. pozīcija
1. pozīcija
Ļaujiet armatūrai sākt griezties, tad birste pārvietojas pa komutatora segmentiem. Ļaujiet suku komutatora kontakta pirmajai pozīcijai b segmentā, kā parādīts iepriekš. Tā kā komutatora platums ir vienāds ar otas platumu, iepriekšminētajā stāvoklī komutatora un otas kopējie laukumi ir savstarpēji saskarē. Kopējā strāva, ko komutatora segments šajā pozīcijā ievada sukā, būs 2Ia.
2. pozīcija
Tagad armatūra pagriežas pa labi, un birste saskaras ar stieni a. Šajā pozīcijā kopējā vadītā strāva būs 2Ia, bet spolē esošā strāva mainās. Šeit strāva plūst pa diviem ceļiem A un B. 3/4 no 2Ia nāk no spoles B, bet atlikusī ceturtā daļa nāk no spoles A. Kad KCL tiek piemērots segmentos a un b, strāva caur spoli B tiek samazināta līdz Ia / 2, un caur segmentu a ievilktā strāva ir Ia / 2.
2. pozīcija
3. pozīcija
Šajā otas pusē otas virsma saskaras ar segmentu a, bet otra puse ar segmentu b. Tā kā kopējā strāvas novilktā tekas birste ir 2Ia, strāva Ia tiek izvilkta caur spoli A un Ia - caur spoli B. Izmantojot KCL, mēs varam novērot, ka strāva B spolē būs nulle.
3. pozīcija
4. pozīcija
Šajā pozīcijā viena ceturtā daļa otas virsmas būs saskarē ar segmentu b un trīs ceturtā daļa ar segmentu a. Šeit caur spoli B novilktā strāva ir - Ia / 2. Šeit mēs varam novērot, ka strāva B spolē ir apgriezta.
4. pozīcija
Pozīcija-5
Šajā pozīcijā birste ir pilnīgā saskarē ar segmentu a, un strāva no spoles B ir Ia, bet ir pretēja virziena 1. pozīcijas pašreizējam virzienam. Tādējādi segmenta b komutācijas process ir pabeigts.
5. pozīcija
Komutācijas efekti
Aprēķinu sauc par ideālu komutāciju, kad strāvas maiņa ir pabeigta līdz komutācijas perioda beigām. Ja komutācijas periodā strāvas maiņa ir pabeigta, suku saskarē rodas dzirksteļošana un pārkaršana sabojā komutatora virsmu. Šo defektu sauc par slikti komutētu mašīnu.
Lai novērstu šāda veida defektus, komutācijas uzlabošanai ir trīs veidu metodes.
- Pretestības komutācija.
- EMF komutācija.
- Kompensācijas tinums.
Pretestības komutācija
Sliktas komutācijas problēmas risināšanai tiek izmantota rezistences komutācijas metode. Šajā metodē vara birstes ar zemāku pretestību tiek aizstātas ar oglekļa sukām ar lielāku pretestību. Pretestība palielinās, samazinoties šķērsgriezuma laukumam. Tātad, aizmugurējā komutatora segmenta pretestība palielinās, kad birste virzās uz vadošo segmentu. Tādējādi vadošais segments ir visizdevīgākais pašreizējam ceļam, un liela strāva iet pa vadošā segmenta sniegto ceļu, lai sasniegtu suku. To var labi saprast, aplūkojot mūsu attēlu zemāk.
Attēlā virs strāvas no spoles 3 var iet divus ceļus. 1. ceļš no spoles 3 uz spoli 2 un segmentu b. 2. ceļš no īssavienotās spoles 2, tad spole 1 un segments a. Ja tiek izmantotas vara otas, strāva veiks 1. ceļu zemākas pretestības dēļ, ko piedāvā ceļš. Bet, ja tiek izmantotas oglekļa sukas, strāva dod priekšroku 2. ceļam, jo, samazinoties kontakta laukumam starp suku un segmentu, palielinās pretestība. Tas aptur agrīnu strāvas maiņu un novērš dzirksteļošanu līdzstrāvas mašīnā.
EMF komutācija
Spoles indukcijas īpašība ir viens no iemesliem lēnai strāvas maiņai komutācijas procesā. Šo problēmu var novērst, neitralizējot spoles radīto reaktīvās spriegumu, īssavienojuma spolē komutācijas periodā radot reverso e.m.f. Šo EML komutāciju sauc arī par sprieguma komutāciju.
To var izdarīt divās metodēs.
- Ar suku maiņas metodi.
- Izmantojot komutācijas polus.
Izmantojot suku maiņas metodi, līdzstrāvas ģeneratoram sukas tiek virzītas uz priekšu un līdzstrāvas motorā - atpakaļ. Tas nosaka plūsmu neitrālajā zonā. Tā kā komutācijas spole sagriež plūsmu, tiek izraisīts neliels spriegums. Tā kā katras slodzes variācijas gadījumā ir jāmaina otas stāvoklis, šai metodei tiek dota priekšroka.
Otrajā metodē tiek izmantoti komutācijas stabi. Tie ir mazi magnētiskie stabi, kas novietoti starp galvenajiem stabiem, kas piestiprināti pie mašīnas statora. Tie ir piestiprināti virknē savienojuma ar armatūru. Tā kā slodzes strāva izraisa atpakaļ e.m.f. , šie komutējošie stabi neitralizē magnētiskā lauka stāvokli.
Bez šiem komutācijas poliem komutatora sloti nepaliktu vienā līnijā ar ideālajām magnētiskā lauka daļām, jo magnētiskā lauka stāvoklis mainās aizmugures e.m.f. Komutācijas periodā šie komutējošie stabi īssavienojuma spolē inducē e.m.f, kas pretojas reaktivitātes spriegumam un nodrošina bez dzirksteles komutāciju.
Komutācijas polu polaritāte ir tāda pati kā galvenajam stabam, kas atrodas blakus tam ģeneratoram, savukārt komutācijas polu polaritāte ir pretēja motora galvenajiem poliem.
Mācīšanās par komutators mēs noskaidrojām, ka šai mazajai ierīcei ir nozīmīga loma pareizas līdzstrāvas mašīnu darbībā. Komutatori ir ļoti noderīgas ierīces ne tikai kā strāvas pārveidotājs, bet arī drošai mašīnu darbībai bez bojājumiem dzirksteļu dēļ. Bet, pieaugot tehnoloģiju attīstībai, komutatori tiek aizstāti ar jaunām tehnoloģijām. Vai varat nosaukt jauno tehniku, kas pēdējās dienās nomainīja komutatorus?
