Στην καθημερινή μας ζωή, η χρήση μηχανημάτων DC για τις καθημερινές μας ανάγκες έχει γίνει κοινό πράγμα. Η μηχανή DC είναι μια μετατροπή ενέργειας συσκευή που κατασκευάζει ηλεκτρομηχανικές μετατροπές . Υπάρχουν δύο τύποι μηχανών DC - οι κινητήρες DC και το Γεννήτριες DC . Οι κινητήρες DC μετατρέπουν την ηλεκτρική ισχύ DC σε μηχανική κίνηση ενώ οι γεννήτριες DC μετατρέπουν τη μηχανική κίνηση σε ισχύ DC. Αλλά το catch είναι, το ρεύμα που παράγεται σε γεννήτρια DC είναι εναλλασσόμενο ρεύμα, αλλά η έξοδος της γεννήτριας είναι DC !! Με τον ίδιο τρόπο, η αρχή του κινητήρα ισχύει όταν το ρεύμα στο πηνίο εναλλάσσεται, αλλά η ισχύς που εφαρμόζεται σε έναν κινητήρα DC είναι DC !! Τότε πώς λειτουργούν αυτές οι μηχανές; Η απάντηση σε αυτό το θαύμα είναι η μικρή συσκευή που ονομάζεται «Commutator».
Τι είναι η ανταλλαγή;
Η εναλλαγή σε μηχανές DC είναι η διαδικασία με την οποία πραγματοποιείται η αντιστροφή του ρεύματος. Στη γεννήτρια DC αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του επαγόμενου AC στους αγωγούς σε έξοδο DC. Σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος, η μετατροπή χρησιμοποιείται για την αντιστροφή των κατευθύνσεων του DC ρεύμα πριν εφαρμοστεί στα πηνία του κινητήρα.
Πώς λαμβάνει χώρα η διαδικασία μετατροπής;
Η συσκευή που ονομάζεται Commutator βοηθά σε αυτήν τη διαδικασία. Ας δούμε τη λειτουργία ενός κινητήρα DC για να κατανοήσουμε τη διαδικασία μετακίνησης. Η βασική αρχή στην οποία λειτουργεί ένας κινητήρας είναι η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Όταν το ρεύμα διέρχεται από έναν αγωγό παράγει γραμμές μαγνητικού πεδίου γύρω από αυτό. Γνωρίζουμε επίσης ότι όταν ένας μαγνητικός βορράς και ένας μαγνητικός νότος αντιμετωπίζουν ο ένας τον άλλο, οι μαγνητικές γραμμές δύναμης μετακινούνται από τον μαγνήτη του Βόρειου Πόλου στον μαγνήτη του Νότιου Πόλου, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Μαγνητικές Γραμμές Δυνάμεων
Όταν ο αγωγός με μαγνητικό πεδίο προκαλείται γύρω από αυτό, τοποθετείται στη διαδρομή αυτών των μαγνητικών γραμμών δύναμης, μπλοκάρει την πορεία τους. Έτσι αυτές οι μαγνητικές γραμμές προσπαθούν να αφαιρέσουν αυτό το εμπόδιο είτε μετακινώντας το προς τα πάνω είτε προς τα κάτω ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος στο οδηγός . Αυτό δημιουργεί κινητικό αποτέλεσμα.
Επίδραση κινητήρα στο πηνίο
Όταν ένα Ηλεκτρομαγνητικό πηνίο τοποθετείται ανάμεσα σε δύο μαγνητικά με βόρειο προσανατολισμό νότια ενός άλλου μαγνήτη, οι μαγνητικές γραμμές μετακινούν το πηνίο προς τα πάνω όταν το ρεύμα είναι προς μία κατεύθυνση και προς τα κάτω όταν το ρεύμα στο πηνίο είναι σε αντίστροφη κατεύθυνση. Αυτό δημιουργεί την περιστροφική κίνηση του πηνίου. Για να αλλάξετε την κατεύθυνση του ρεύματος στο πηνίο, δύο μέταλλα σε σχήμα μισού φεγγαριού συνδέονται σε κάθε άκρο του πηνίου που ονομάζεται Commutator. Μεταλλικές βούρτσες τοποθετούνται με ένα άκρο συνδεδεμένο στην μπαταρία και το άλλο άκρο συνδεδεμένο με τους μεταγωγείς.
Κινητήρας DC
Μετατροπή σε μηχανή DC
Κάθε πηνίο Armature περιέχει δύο μεταγωγείς προσαρτημένους στο τέλος του. Για τον μετασχηματισμό του ρεύματος, τα τμήματα και οι βούρτσες του Commutator πρέπει να διατηρούν μια συνεχώς κινούμενη επαφή. Για να λάβετε μεγαλύτερες τιμές εξόδου περισσότερα από ένα πηνία χρησιμοποιούνται σε μηχανήματα DC. Έτσι, αντί για ένα ζεύγος, έχουμε πολλά ζεύγη τμημάτων Commutator.
Μετατροπή DC
Το πηνίο βραχυκυκλώνεται για πολύ μικρό χρονικό διάστημα με τη βοήθεια πινέλων. Αυτή η περίοδος είναι γνωστή ως περίοδος μετατροπής. Ας εξετάσουμε έναν κινητήρα DC στον οποίο το πλάτος των ράβδων Commutator είναι ίσο με το πλάτος των πινέλων. Αφήστε το ρεύμα που ρέει μέσω του αγωγού να είναι Ia. Αφήστε τα a, b, c να είναι τα τμήματα του κινητήρα. Η τρέχουσα αντιστροφή στο πηνίο. Η διαδικασία αλλαγής μπορεί να γίνει κατανοητή με τα παρακάτω βήματα.
Θέση-1
θέση 1
Αφήστε το Armature να αρχίσει να περιστρέφεται, και στη συνέχεια η βούρτσα κινείται πάνω από τα τμήματα του μεταγωγέα. Αφήστε την πρώτη θέση της επαφής του διακόπτη της βούρτσας να βρίσκεται στο τμήμα b όπως φαίνεται παραπάνω. Καθώς το πλάτος του μετατροπέα είναι ίσο με το πλάτος της βούρτσας, στην παραπάνω θέση οι συνολικές επιφάνειες του μετατροπέα και της βούρτσας έρχονται σε επαφή μεταξύ τους. Το συνολικό ρεύμα που διενεργείται από το τμήμα μετατροπής στη βούρτσα σε αυτήν τη θέση θα είναι 2Ia.
Θέση-2
Τώρα ο οπλισμός περιστρέφεται προς τα δεξιά και η βούρτσα έρχεται σε επαφή με τη ράβδο a. Σε αυτήν τη θέση, το συνολικό ρεύμα θα είναι 2Ia, αλλά το ρεύμα στο πηνίο αλλάζει. Εδώ το ρεύμα ρέει μέσω δύο διαδρομών Α και Β. 3/4 του 2Ia προέρχεται από το πηνίο Β και το υπόλοιπο 1/4 προέρχεται από το πηνίο A. Όταν KCL εφαρμόζεται στο τμήμα a και b, το ρεύμα μέσω του πηνίου Β μειώνεται σε Ia / 2 και το ρεύμα που τραβιέται μέσω του τμήματος a είναι Ia / 2.
θέση 2
Θέση-3
Σε αυτή τη θέση το μισό της βούρτσας, μια επιφάνεια έρχεται σε επαφή με το τμήμα α και το άλλο μισό με το τμήμα β. Δεδομένου ότι το συνολικό ρεύμα της βούρτσας είναι 2Ia, το ρεύμα Ia τραβιέται μέσω του πηνίου A και το Ia τραβιέται μέσω του πηνίου B. Χρησιμοποιώντας το KCL μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι το ρεύμα στο πηνίο Β θα είναι μηδέν.
θέση 3
Θέση-4
Σε αυτή τη θέση, το ένα τέταρτο της επιφάνειας της βούρτσας θα είναι σε επαφή με το τμήμα β και το τρίτο τέταρτο με το τμήμα α. Εδώ το ρεύμα που τραβιέται μέσω του πηνίου Β είναι - Ia / 2. Εδώ μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι το ρεύμα στο πηνίο B αντιστρέφεται.
θέση 4
Θέση-5
Σε αυτή τη θέση, η βούρτσα βρίσκεται σε πλήρη επαφή με το τμήμα α και το ρεύμα από το πηνίο Β είναι Ια αλλά είναι αντίστροφη κατεύθυνση προς την τρέχουσα κατεύθυνση της θέσης 1. Έτσι, η διαδικασία μετατροπής ολοκληρώνεται για το τμήμα β.
θέση 5
Επιδράσεις της μετατροπής
Ο υπολογισμός ονομάζεται Ideal commutation όταν η αντιστροφή του ρεύματος έχει ολοκληρωθεί μέχρι το τέλος της περιόδου μετατροπής. Εάν η τρέχουσα αντιστροφή έχει ολοκληρωθεί κατά τη διάρκεια της περιόδου μετακίνησης, εμφανίζεται σπινθήρας στην επαφή των πινέλων και η υπερθέρμανση προκαλεί βλάβη στην επιφάνεια του μετατροπέα. Αυτό το ελάττωμα ονομάζεται μηχανή με κακή αλλαγή.
Για την αποφυγή αυτού του τύπου ελαττωμάτων υπάρχουν τρεις τύποι μεθόδων για τη βελτίωση της μετατροπής.
- Μετατροπή αντίστασης.
- Μετατροπή EMF.
- Αντιστάθμιση περιέλιξης.
Ανταλλαγή αντίστασης
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος της κακής μετακίνησης Εφαρμόζεται μέθοδος αντιστάσεων αντίστασης. Σε αυτή τη μέθοδο, οι χάλκινες βούρτσες με χαμηλότερη αντίσταση αντικαθίστανται με καρβουνάκια υψηλότερης αντίστασης. Η αντίσταση αυξάνεται με τη φθίνουσα περιοχή διατομής. Έτσι, η αντίσταση του τμήματος του μετατοπισμού αυξάνεται καθώς η βούρτσα κινείται προς το κορυφαίο τμήμα. Ως εκ τούτου, το κορυφαίο τμήμα προτιμάται περισσότερο για την τρέχουσα διαδρομή και το μεγάλο ρεύμα παίρνει τη διαδρομή που παρέχεται από το κορυφαίο τμήμα για να φτάσει στο πινέλο. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό κοιτάζοντας την παρακάτω εικόνα.
Στην παραπάνω εικόνα, το ρεύμα από το πηνίο 3 μπορεί να πάρει δύο διαδρομές. Διαδρομή 1 από το πηνίο 3 στο πηνίο 2 και τμήμα b. Διαδρομή 2 από βραχυκυκλωμένο πηνίο 2 και έπειτα πηνίο 1 και τμήμα α. Όταν χρησιμοποιούνται χάλκινες βούρτσες, το ρεύμα θα λάβει τη διαδρομή 1 λόγω της χαμηλότερης αντίστασης που προσφέρει η διαδρομή. Όμως, όταν χρησιμοποιούνται βούρτσες άνθρακα, το ρεύμα προτιμά το Path 2 γιατί καθώς η περιοχή επαφής μεταξύ πινέλου και τμήματος μειώνεται η αντίσταση αυξάνεται. Αυτό σταματά την πρώιμη αντιστροφή του ρεύματος και αποτρέπει τη σπινθήρα στο μηχάνημα DC.
Μετατροπή EMF
Η επαγωγική ιδιότητα του πηνίου είναι ένας από τους λόγους για την αργή αντιστροφή του ρεύματος κατά τη διαδικασία μετατροπής. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να αντιμετωπιστεί εξουδετερώνοντας την τάση αντίδρασης που παράγεται από το πηνίο παράγοντας το αντίστροφο e.m.f στο πηνίο βραχυκυκλώματος κατά την περίοδο μετακίνησης. Αυτή η εναλλαγή EMF είναι επίσης γνωστή ως μετατροπή τάσης.
Αυτό μπορεί να γίνει με δύο μεθόδους.
- Με μέθοδο Brush Shifting.
- Χρησιμοποιώντας πόλους μετακίνησης.
Στη μέθοδο αλλαγής βούρτσας, οι βούρτσες μετακινούνται προς τα εμπρός για γεννήτρια DC και προς τα πίσω στον κινητήρα DC. Αυτό δημιουργεί ροή στην ουδέτερη ζώνη. Καθώς το πηνίο εναλλαγής κόβει τη ροή, προκαλείται μια μικρή τάση. Καθώς η θέση της βούρτσας πρέπει να αλλάξει για κάθε διακύμανση του φορτίου, σπάνια προτιμάται αυτή η μέθοδος.
Στη δεύτερη μέθοδο χρησιμοποιούνται πόλοι μετακίνησης. Αυτοί είναι οι μικροί μαγνητικοί πόλοι που τοποθετούνται μεταξύ των κύριων πόλων που είναι τοποθετημένοι στον στάτορα της μηχανής. Αυτά συνδέονται σε σειρά με το οπλισμό. Καθώς το ρεύμα φόρτωσης προκαλεί την ανατροπή , αυτοί οι πόλοι μετακίνησης εξουδετερώνουν τη θέση του μαγνητικού πεδίου.
Χωρίς αυτούς τους πόλους μετακίνησης, οι υποδοχές μετατροπής δεν θα παραμείνουν ευθυγραμμισμένες με ιδανικά τμήματα του μαγνητικού πεδίου καθώς η θέση του μαγνητικού πεδίου αλλάζει λόγω της πίσω στ. Κατά τη διάρκεια της περιόδου μετατροπής, αυτοί οι πόλοι μεταγωγής προκαλούν ένα e.m.f στο πηνίο βραχυκυκλώματος που αντιτίθεται στην τάση αντίδρασης και δίνει εναλλαγή χωρίς σπινθήρα.
Η πολικότητα των πόλων μετακίνησης είναι η ίδια με τον κύριο πόλο που βρίσκεται δίπλα του για τη γεννήτρια, ενώ η πολικότητα των πόλων εναλλαγής είναι αντίθετη από τους κύριους πόλους του κινητήρα.
Μαθαίνω για ο μετατροπέας διαπιστώσαμε ότι αυτή η μικρή συσκευή παίζει σημαντικό ρόλο στην καλή λειτουργία των μηχανών DC. Όχι μόνο ως τρέχων μετατροπέας αλλά και για την ασφαλή λειτουργία μηχανημάτων χωρίς ζημιά λόγω σπινθήρων, οι μεταγωγείς είναι πολύ χρήσιμες συσκευές. Αλλά με την αυξανόμενη ανάπτυξη της τεχνολογίας, οι μεταφορείς αντικαθίστανται με νέα τεχνολογία. Μπορείτε να ονομάσετε τη νέα τεχνική που αντικατέστησε τους μεταγωγείς τις τελευταίες ημέρες;
