Quelles sont les méthodes d'amélioration de la commutation ?
Quelles sont les méthodes d'amélioration de la commutation ?
Définition de la commutation
La commutation est le processus d'inversion du courant dans la bobine pour maintenir le moteur en fonctionnement efficace.
Il existe trois principales méthodes d'amélioration de la commutation.
Commutation par résistance
Commutation par force électromotrice (FEM)
Bobinages compensateurs
Commutation par résistance
Dans cette méthode de commutation, nous utilisons des balais à haute résistance électrique pour obtenir une commutation sans étincelles. Cela peut être obtenu en remplaçant les balais en cuivre à faible résistance par des balais en carbone à haute résistance.
On peut clairement voir sur l'image que le courant IC provenant de la bobine C peut atteindre le balai de deux manières pendant la période de commutation. Le premier chemin est directement à travers le segment b du collecteur et vers le balai, et le deuxième chemin est d'abord à travers la bobine B en court-circuit, puis à travers le segment a du collecteur et vers le balai. Lorsque la résistance du balai est faible, le courant IC de la bobine C suivra le chemin le plus court, c'est-à-dire le premier chemin, car sa résistance électrique est comparativement faible étant donné qu'il est plus court que le deuxième chemin.
Lorsque des balais à haute résistance sont utilisés, alors que le balai se déplace vers les segments du collecteur, la surface de contact entre le balai et le segment b diminue, tandis que la surface de contact avec le segment a augmente. Maintenant, comme la résistance électrique est inversement proportionnelle à la surface de contact, la résistance Rb augmentera et Ra diminuera lorsque le balai se déplace. Ainsi, le courant préférera le deuxième chemin pour atteindre le balai.
Cette méthode assure une inversion rapide du courant dans la direction souhaitée, améliorant ainsi la commutation.
ρ est la résistivité du conducteur.
l est la longueur du conducteur.
A est la section transversale du conducteur (ici, elle est utilisée comme surface de contact).
Commutation par FEM
La principale raison du retard de l'inversion du courant dans la bobine en court-circuit pendant la période de commutation est la propriété inductive de la bobine. Dans ce type de commutation, la tension réactive produite par la bobine en raison de sa propriété inductive est neutralisée en produisant une FEM inverse dans la bobine en court-circuit pendant la période de commutation.
Tension réactive
La montée de tension dans la bobine en court-circuit due à la propriété inductive de la bobine, qui s'oppose à l'inversion du courant pendant la période de commutation, est appelée tension réactive.
Nous pouvons produire une FEM inverse de deux manières :
Par le déplacement des balais.
En utilisant des pôles intermédiaires ou des pôles de commutation.
Méthode de commutation par déplacement des balais
Dans cette méthode d'amélioration de la commutation, les balais sont déplacés en avant pour les générateurs à courant continu et en arrière pour les moteurs pour produire une FEM inverse suffisante pour éliminer la tension réactive. Lorsque les balais sont déplacés en avant ou en arrière, cela place la bobine en court-circuit sous l'influence du pôle suivant, qui est de polarité opposée. Les côtés de la bobine couperont alors le flux nécessaire des pôles principaux de polarité opposée pour produire une FEM inverse suffisante. Cette méthode est rarement utilisée car, pour obtenir les meilleurs résultats, les balais doivent être déplacés à chaque variation de charge.
Méthode d'utilisation des pôles intermédiaires
Dans cette méthode, de petits pôles appelés pôles intermédiaires sont fixés au yoke et placés entre les pôles principaux. Pour les générateurs, leur polarité correspond aux pôles principaux adjacents, et pour les moteurs, elle correspond aux pôles principaux précédents. Les pôles intermédiaires induisent une FEM dans la bobine en court-circuit pendant la période de commutation, s'opposant à la tension réactive et assurant une commutation sans étincelles.
Bobinages compensateurs
C'est le moyen le plus efficace d'éliminer le problème de la réaction de l'armature et des flash-over en équilibrant le mmf de l'armature. Les bobinages compensateurs sont placés dans des fentes prévues sur les faces des pôles, parallèlement aux conducteurs de l'armature (rotor).
Le principal inconvénient des bobinages compensateurs est leur coût élevé. Ils sont principalement utilisés dans les grandes machines soumises à des surcharges importantes ou à un blocage, ainsi que dans les petits moteurs nécessitant des inversions soudaines et des accélérations élevées.
