Nella nostra vita quotidiana, l'utilizzo di macchine DC per le nostre esigenze quotidiane è diventato una cosa comune. La macchina DC è un file conversione di energia dispositivo che fa conversioni elettromeccaniche . Esistono due tipi di macchine CC: i motori CC e Generatori DC . I motori CC convertono l'energia elettrica CC in movimento meccanico, mentre i generatori CC convertono il movimento meccanico in potenza CC. Ma il problema è che la corrente generata in un generatore CC è una CA ma l'uscita del generatore è CC !! Allo stesso modo, il principio del motore è applicabile quando la corrente nella bobina si alterna, ma la potenza applicata a un motore CC è CC !! Allora come funzionano queste macchine? La risposta a questa meraviglia è il piccolo dispositivo denominato “Commutator”.
Cos'è la commutazione?
La commutazione nelle macchine DC è il processo mediante il quale avviene l'inversione di corrente. Nel generatore CC questo processo viene utilizzato per convertire la CA indotta nei conduttori in un'uscita CC. Nei motori DC la commutazione viene utilizzata per invertire le direzioni di Corrente continua prima di essere applicato alle bobine del motore.
Come si svolge il processo di commutazione?
Il dispositivo chiamato Commutator aiuta in questo processo. Diamo un'occhiata al funzionamento di un motore CC per comprendere il processo di commutazione. Il principio di base su cui funziona un motore è l'induzione elettromagnetica. Quando la corrente passa attraverso un conduttore, produce linee di campo magnetico attorno ad esso. Sappiamo anche che quando un nord magnetico e un sud magnetico sono uno di fronte all'altro, le linee di forza magnetiche si spostano dal magnete del polo nord al magnete del polo sud come mostrato nella figura sotto.
Linee magnetiche di forze
Quando il conduttore con un campo magnetico indotto attorno ad esso, si trova nel percorso di queste linee di forza magnetiche, ne blocca il percorso. Quindi queste linee magnetiche cercano di rimuovere questo ostacolo spostandolo verso l'alto o verso il basso a seconda della direzione della corrente nel conducente . Ciò dà origine all'effetto motore.
Effetto motore sulla bobina
Quando un Bobina elettromagnetica è posto tra due magneti con il nord rivolto a sud di un altro magnete, le linee magnetiche muovono la bobina verso l'alto quando la corrente è in una direzione e verso il basso quando la corrente nella bobina è nella direzione inversa. Questo crea il movimento rotatorio della bobina. Per cambiare la direzione della corrente nella bobina, due metalli a forma di mezzaluna sono attaccati a ciascuna estremità della bobina chiamata Commutatore. Le spazzole metalliche sono posizionate con un'estremità collegata alla batteria e l'altra estremità collegata ai commutatori.
motore a corrente continua
Commutazione in macchina CC
Ogni bobina dell'indotto contiene due commutatori collegati alla sua estremità. Per la trasformazione della corrente, i segmenti e le spazzole del commutatore devono mantenere un contatto in movimento continuo. Per ottenere valori di uscita maggiori, nelle macchine CC viene utilizzata più di una bobina. Quindi, invece di una coppia, abbiamo un numero di coppie di segmenti del commutatore.
Commutazione DC
La bobina viene cortocircuitata per un brevissimo periodo di tempo con l'ausilio di spazzole. Questo periodo è noto come periodo di commutazione. Consideriamo un motore a corrente continua in cui la larghezza delle barre del commutatore è uguale alla larghezza delle spazzole. Lascia che la corrente che scorre attraverso il conduttore sia Ia. Siano a, b, c i segmenti del commutatore del motore. L'inversione di corrente nella bobina, vale a dire. processo di commutazione può essere compreso dai passaggi seguenti.
Posizione-1
posizione 1
Lascia che l'armatura inizi a ruotare, quindi la spazzola si sposta sui segmenti del commutatore. Lascia che la prima posizione del contatto del commutatore della spazzola sia sul segmento b come mostrato sopra. Poiché la larghezza del commutatore è uguale alla larghezza della spazzola, nella posizione sopra le aree totali del commutatore e della spazzola sono a contatto tra loro. La corrente totale condotta dal segmento del commutatore nella spazzola in questa posizione sarà 2Ia.
Posizione-2
Ora l'armatura ruota verso destra e la spazzola entra in contatto con la barra a. In questa posizione, la corrente totale condotta sarà 2Ia, ma la corrente nella bobina cambia. Qui la corrente scorre attraverso due percorsi A e B. I 3/4 del 2Ia provengono dalla bobina B e il restante 1/4 proviene dalla bobina A.Quando KCL viene applicata al segmento aeb, la corrente attraverso la bobina B viene ridotta a Ia / 2 e la corrente assorbita attraverso il segmento a è Ia / 2.
posizione 2
Posizione-3
In questa posizione metà della spazzola, una superficie è a contatto con il segmento a e l'altra metà è con il segmento b. Poiché la corrente totale assorbita dalla spazzola è 2Ia, la corrente Ia viene aspirata attraverso la bobina A e Ia viene prelevata attraverso la bobina B. Usando KCL possiamo osservare che la corrente nella bobina B sarà zero.
posizione 3
Posizione-4
In questa posizione, un quarto della superficie della spazzola sarà in contatto con il segmento be tre quarti con il segmento a. Qui la corrente assorbita attraverso la bobina B è - Ia / 2. Qui possiamo osservare che la corrente nella bobina B è invertita.
posizione 4
Posizione-5
In questa posizione, la spazzola è in pieno contatto con il segmento a e la corrente dalla bobina B è Ia ma è in direzione inversa alla direzione corrente della posizione 1. Quindi il processo di commutazione è completato per il segmento b.
posizione 5
Effetti della commutazione
Il calcolo si chiama Commutazione ideale quando l'inversione di corrente è completata entro la fine del periodo di commutazione. Se l'inversione di corrente viene completata durante il periodo di commutazione, si verificano scintille al contatto delle spazzole e si verifica un surriscaldamento che danneggia la superficie del commutatore. Questo difetto è chiamato macchina con scarsa commutazione.
Per prevenire questo tipo di difetti esistono tre tipi di metodi per migliorare la commutazione.
- Commutazione della resistenza.
- Commutazione EMF.
- Avvolgimento di compensazione.
Commutazione della resistenza
Per affrontare il problema della scarsa commutazione viene applicato il metodo di commutazione della resistenza. In questo metodo, le spazzole di rame di minore resistenza vengono sostituite con spazzole di carbone di maggiore resistenza. La resistenza aumenta con la diminuzione dell'area della sezione trasversale. Quindi, la resistenza del segmento del commutatore finale aumenta quando la spazzola si sposta verso il segmento iniziale. Quindi, il segmento principale è il più favorito per il percorso della corrente e la grande corrente prende il percorso fornito dal segmento principale per raggiungere il pennello. Questo può essere ben compreso guardando la nostra figura qui sotto.
Nella figura sopra la corrente dalla bobina 3 può prendere due percorsi. Percorso 1 dalla bobina 3 alla bobina 2 e al segmento b. Percorso 2 dalla bobina 2 in cortocircuito, quindi la bobina 1 e il segmento a. Quando si utilizzano spazzole in rame, la corrente prenderà il percorso 1 a causa della minore resistenza offerta dal percorso. Ma quando si usano le spazzole di carbone, la corrente preferisce il Percorso 2 perché al diminuire dell'area di contatto tra spazzola e segmento la resistenza aumenta. Ciò arresta l'inversione anticipata di corrente e impedisce la formazione di scintille nella macchina CC.
Commutazione EMF
La proprietà di induzione della bobina è uno dei motivi della lenta inversione di corrente durante il processo di commutazione. Questo problema può essere affrontato neutralizzando la tensione di reattanza prodotta dalla bobina producendo l'e.m.f inversa nella bobina di cortocircuito durante il periodo di commutazione. Questa commutazione EMF è anche nota come commutazione di tensione.
Questo può essere fatto in due metodi.
- Con il metodo Brush Shifting.
- Utilizzando poli di commutazione.
Nel metodo di spostamento delle spazzole, le spazzole vengono spostate in avanti per il generatore CC e indietro nel motore CC. Questo stabilisce un flusso nella zona neutra. Quando la bobina di commutazione sta tagliando il flusso, viene indotta una piccola tensione. Poiché la posizione della spazzola deve essere spostata per ogni variazione di carico, questo metodo è raramente preferito.
Nel secondo metodo vengono utilizzati poli di commutazione. Questi sono i piccoli poli magnetici posti tra i poli principali montati sullo statore della macchina. Questi sono collegati in serie con l'armatura. Poiché la corrente di carico causa il ritorno di e.m.f. , questi poli di commutazione neutralizzano la posizione del campo magnetico.
Senza questi poli di commutazione, le fessure del commutatore non rimarrebbero allineate con le parti ideali del campo magnetico poiché la posizione del campo magnetico cambia a causa dell'e.m.f. Durante il periodo di commutazione, questi poli di commutazione inducono una e.m.f nella bobina di cortocircuito che si oppone alla tensione di reattanza e fornisce una commutazione senza scintilla.
La polarità dei poli di commutazione è la stessa del polo principale situato accanto ad esso per il generatore mentre la polarità dei poli di commutazione è opposta ai poli principali del motore.
Imparando il commutatore abbiamo scoperto che questo piccolo dispositivo gioca un ruolo significativo nel corretto funzionamento delle macchine DC. Non solo come convertitore di corrente ma anche per il funzionamento sicuro di macchine senza danni dovuti a scintille, i commutatori sono dispositivi molto utili. Ma con il crescente sviluppo della tecnologia, i commutatori vengono sostituiti con nuove tecnologie. Puoi nominare la nuova tecnica che ha sostituito i commutatori negli ultimi giorni?
