Jakie są metody poprawy komutacji?

Jakie są metody poprawy komutacji?

Definicja komutacji

Komutacja to proces odwracania prądu w cewce w celu utrzymania sprawnego działania silnika.

Istnieją trzy główne metody poprawy komutacji. 

• Komutacja oporowa

• Komutacja napięciowa

• Cewki kompensacyjne

Komutacja oporowa

W tej metodzie komutacji stosuje się szczotki o wysokim oporze elektrycznym, aby uzyskać beziskrową komutację. Można to osiągnąć, zastępując szczotki miedziane o niskim oporze szczotkami węglowymi o wysokim oporze.

Możemy jasno zobaczyć na obrazku, że prąd IC z cewki C może dotrzeć do szczotki dwoma sposobami w okresie komutacji. Pierwsza ścieżka prowadzi bezpośrednio przez segment komutatora b, a następnie do szczotki, a druga ścieżka prowadzi najpierw przez cewkę krótkiego zwarcia B, a następnie przez segment komutatora a, a następnie do szczotki. Gdy opór szczotki jest niski, prąd IC z cewki C będzie preferować krótszą ścieżkę, czyli pierwszą, ponieważ jej opór elektryczny jest porównywalnie niższy, ponieważ jest krótsza niż druga ścieżka.

Gdy używane są szczotki o wysokim oporze, podczas przesuwania szczotki w kierunku segmentów komutatora, powierzchnia kontaktu między szczotką a segmentem b maleje, a powierzchnia kontaktu z segmentem a rośnie. Wtedy, ponieważ opór elektryczny jest odwrotnie proporcjonalny do powierzchni kontaktu, opór Rb wzrośnie, a Ra spadnie, gdy szczotka się przesuwa. Wtedy prąd preferuje drugą ścieżkę, aby dotrzeć do szczotki.

Ta metoda zapewnia szybkie odwrócenie prądu w pożądanym kierunku, poprawiając komutację.

ρ to rezystywność przewodnika.

l to długość przewodnika.

A to przekrój przewodnika (w tym opisie używany jest jako powierzchnia kontaktu).

 Komutacja napięciowa

Główną przyczyną opóźnienia czasu odwracania prądu w cewce krótkiego zwarcia w okresie komutacji jest indukcyjna właściwość cewki. W tego typu komutacji napięcie reakcyjne wytworzone przez cewkę ze względu na jej indukcyjną właściwość, jest neutralizowane przez wytworzenie napięcia EMF w cewce krótkiego zwarcia w okresie komutacji.

Napięcie reakcyjne

Podwyższenie napięcia w cewce krótkiego zwarcia ze względu na indukcyjną właściwość cewki, które przeciwstawia się odwracaniu prądu w niej w okresie komutacji, nazywane jest napięciem reakcyjnym.

Możemy wytworzyć napięcie EMF na dwa sposoby:

• Przesunięciem szczotek.

• Używając przeciwpół lub pól komutacyjnych.

 Metoda przesunięcia szczotek

 W tej metodzie poprawy komutacji szczotki są przesuwane w kierunku naprzód dla generatora prądu stałego i w kierunku tyłu dla silnika, aby wytworzyć wystarczające napięcie EMF, eliminując napięcie reakcyjne. Gdy szczotki są przesunięte w kierunku naprzód lub tyłu, to wprowadza cewkę krótkiego zwarcia pod wpływem następnego pola o przeciwnym polaryzacji. Wtedy strony cewki będą przecinać niezbędny strumień magnetyczny z głównych pól o przeciwnych polaryzacjach, tworząc wystarczające napięcie EMF. Ta metoda jest rzadko używana, ponieważ dla najlepszych rezultatów, przy każdej zmianie obciążenia, szczotki muszą być przesuwane.

Metoda użycia przeciwpół

 W tej metodzie małe pola, nazywane przeciwpółmi, są zamocowane do ramy i umieszczone między głównymi polami. Dla generatorów ich polaryzacja odpowiada sąsiadującym głównym polom, a dla silników odpowiada poprzednim głównym polom. Przeciwpole indukuje napięcie EMF w cewce krótkiego zwarcia w okresie komutacji, przeciwstawiając się napięciu reakcyjnemu i zapewniając beziskrową komutację.

Cewki kompensacyjne

To jest najskuteczniejsza metoda eliminacji problemu reakcji armatury i błyskawic przez zbilansowanie MMF armatury. Cewki kompensacyjne są umieszczane w otworach dostarczanych w twarzach pól równolegle do przewodników rotora (armatury).

Główną wadą cewek kompensacyjnych jest ich wysoka cena. Są one głównie stosowane w dużych maszynach podlegających ciężkim przeciążeniom lub blokowaniu oraz w małych silnikach wymagających nagłego odwrócenia i wysokiego przyspieszenia.