Welke methoden zijn er om commutatie te verbeteren?

Welke methoden zijn er om de commutatie te verbeteren?

Definitie van commutatie

Commutatie is het proces waarbij de stroom in de spoel wordt omgekeerd om de motor efficiënt te laten draaien.

Er zijn drie hoofdmethoden om de commutatie te verbeteren.

• Commutatie door weerstand

• Commutatie door elektromotieve kracht (E.M.F.)

• Compensatiewindingen

Commutatie door weerstand

Bij deze methode van commutatie gebruiken we borstels met hoge elektrische weerstand om vonkvrije commutatie te verkrijgen. Dit kan worden bereikt door lage weerstands koperen borstels te vervangen door hoge weerstands koolborstels.

We kunnen duidelijk zien op de afbeelding dat de stroom IC uit de spoel C op twee manieren naar de borstel kan gaan tijdens de commutatieperiode. De ene weg is direct via het commutatorsegment b naar de borstel en de 2e weg is eerst via de kortsluitspoel B en dan via het commutatorsegment a naar de borstel. Wanneer de borstelweerstand laag is, volgt de stroom IC uit de spoel C de kortste weg, namelijk de 1e weg, omdat de elektrische weerstand daar relatief laag is omdat het korter is dan de 2e weg.

Wanneer borstels met hoge weerstand worden gebruikt, neemt bij het verplaatsen van de borstel naar de commutatorsegmenten het contactoppervlak tussen de borstel en segment b af en neemt het contactoppervlak met segment a toe. Omdat de elektrische weerstand omgekeerd evenredig is met het contactoppervlak, zal de weerstand Rb toenemen en Ra afnemen naarmate de borstel beweegt. Dan zal de stroom de 2e weg prefereren om bij de borstel te komen.

Deze methode zorgt voor een snelle omkering van de stroom in de gewenste richting, waardoor de commutatie wordt verbeterd.

ρ is de soortelijke weerstand van de geleider.

l is de lengte van de geleider.

A is het doorsnijdingsoppervlak van de geleider (in deze beschrijving wordt het gebruikt als contactoppervlak).

 Commutatie door E.M.F.

De belangrijkste oorzaak van de vertraging van de stroomomkeringsperiode in de kortsluitspoel tijdens de commutatieperiode is het inductieve karakter van de spoel. Bij deze vorm van commutatie wordt de reactiespanning die door de spoel wordt geproduceerd door haar inductieve eigenschap, geneutraliseerd door een omkerende e.m.f. in de kortsluitspoel tijdens de commutatieperiode te produceren.

Reactiespanning

De spanningstoename in de kortsluitspoel door de inductieve eigenschap van de spoel, die de stroomomkering daarin tijdens de commutatieperiode tegengaat, wordt de reactiespanning genoemd.

We kunnen de omkerende e.m.f. op twee manieren produceren:

• Door verschuiving van de borstel.

• Door gebruik van inter-polenvoeten of commutatiepolen.

 Commutatiemethode door verschuiving van de borstel

 Bij deze methode om de commutatie te verbeteren, worden de borstels in voorwaartse richting verschoven voor de gelijkstroomgenerator en in achterwaartse richting voor de motor om voldoende omkerende e.m.f. te produceren om de reactiespanning te elimineren. Wanneer de borstels een voorwaartse of achterwaartse voorsprong krijgen, brengt dit de kortsluitspoel onder invloed van de volgende pool, die van tegenovergestelde polariteit is. Dan snijden de zijden van de spoel de nodige flux van de hoofdpolen van tegenovergestelde polariteit om voldoende omkerende e.m.f. te produceren. Deze methode wordt zelden gebruikt, omdat voor het beste resultaat, bij elke variatie van belasting, de borstels moeten worden verschoven.

Methode van gebruik van inter-polenvoeten

 Bij deze methode worden kleine polen, genaamd inter-polenvoeten, aan de yoke bevestigd en geplaatst tussen de hoofdpolen. Voor generatoren matcht hun polariteit met de aangrenzende hoofdpolen, en voor motoren met de voorgaande hoofdpolen. De inter-polenvoeten induceren een e.m.f. in de kortsluitspoel tijdens de commutatieperiode, die de reactiespanning tegengaat en vonkvrije commutatie garandeert.

Compensatiewindingen

Dit is de meest effectieve manier om het probleem van armatuurreactie en flitsoverschrijding te elimineren door de armatuur m.m.f. te balanceren. Compensatiewindingen worden in gaten in de poolvlakken parallel aan de rotor (armatuur) geleiders geplaatst.

Het belangrijkste nadeel van compensatiewindingen is hun hoge kosten. Ze worden voornamelijk gebruikt in grote machines die blootstaan aan zware overbelasting of plugging, en in kleine motoren die plotselinge omkering en hoge versnelling vereisen.