Dans notre vie quotidienne, l'utilisation de machines DC pour nos besoins quotidiens est devenue une chose courante. La machine DC est un conversion de l'énergie appareil qui fait conversions électromécaniques . Il existe deux types de machines à courant continu: les moteurs à courant continu et le Générateurs DC . Les moteurs CC convertissent l'énergie électrique CC en mouvement mécanique tandis que les générateurs CC convertissent le mouvement mécanique en puissance CC. Mais le hic, c'est que le courant généré dans un générateur CC est un CA mais la sortie du générateur est CC !! De la même manière, le principe du moteur est applicable lorsque le courant dans la bobine alterne, mais la puissance appliquée à un moteur DC est DC !! Alors, comment fonctionnent ces machines? La réponse à cette merveille est le petit appareil nommé «Commutator».
Qu'est-ce que la commutation?
La commutation dans les machines à courant continu est le processus par lequel l'inversion du courant a lieu. Dans le générateur CC, ce processus est utilisé pour convertir le CA induit dans les conducteurs en une sortie CC. Dans les moteurs à courant continu, la commutation est utilisée pour inverser les sens de courant DC avant d'être appliqué sur les bobines du moteur.
Comment se déroule le processus de commutation?
L'appareil appelé Commutator aide dans ce processus. Examinons le fonctionnement d'un moteur à courant continu pour comprendre le processus de commutation. Le principe de base sur lequel fonctionne un moteur est l'induction électromagnétique. Lorsque le courant passe à travers un conducteur, il produit des lignes de champ magnétique autour de lui. Nous savons également que lorsqu'un nord magnétique et un sud magnétique se font face, les lignes de force magnétiques se déplacent de l'aimant du pôle nord à l'aimant du pôle sud, comme le montre la figure ci-dessous.
Lignes de forces magnétiques
Lorsque le conducteur avec un champ magnétique induit autour de lui, est placé sur le chemin de ces lignes de force magnétiques, il bloque leur chemin. Ainsi, ces lignes magnétiques essaient d'éliminer cet obstacle en le déplaçant vers le haut ou vers le bas en fonction de la direction du courant dans le chauffeur . Cela donne lieu à un effet moteur.
Effet moteur sur la bobine
Quand un Bobine électromagnétique est placé entre deux magnétiques avec le nord face au sud d'un autre aimant, les lignes magnétiques déplacent la bobine vers le haut lorsque le courant est dans un sens et vers le bas lorsque le courant dans la bobine est dans le sens inverse. Cela crée le mouvement de rotation de la bobine. Pour changer la direction du courant dans la bobine, deux métaux en forme de demi-lune sont attachés à chaque extrémité de la bobine appelée Commutateur. Les balais métalliques sont placés avec une extrémité attachée à la batterie et l'autre extrémité connectée aux commutateurs.
docteur moteur
Commutation dans la machine DC
Chaque bobine d'induit contient deux commutateurs attachés à son extrémité. Pour la transformation du courant, les segments et les brosses du Commutateur doivent maintenir un contact en mouvement continu. Pour obtenir des valeurs de sortie plus élevées, plusieurs bobines sont utilisées dans les machines à courant continu. Ainsi, au lieu d'une paire, nous avons un certain nombre de paires de segments Commutator.
Commutation DC
La bobine est court-circuitée pendant une très courte période à l'aide de brosses. Cette période est appelée période de commutation. Considérons un moteur à courant continu dans lequel la largeur des barres du Commutateur est égale à la largeur des balais. Laissez le courant circulant à travers le conducteur être Ia. Soit a, b, c les segments de commutation du moteur. L'inversion de courant dans la bobine .i.e. le processus de commutation peut être compris par les étapes ci-dessous.
Position-1
position 1
Laissez l'armature commence à tourner, puis la brosse se déplace sur les segments du collecteur. Laissez la première position du contact du collecteur de balais se trouver au segment b comme indiqué ci-dessus. Comme la largeur du collecteur est égale à la largeur du balai, dans la position ci-dessus, les surfaces totales du collecteur et du balai sont en contact l'une avec l'autre. Le courant total conduit par le segment de collecteur dans le balai à cette position sera de 2Ia.
Position-2
Maintenant l'armature tourne vers la droite et la brosse entre en contact avec la barre a. Dans cette position, le courant total conduit sera de 2Ia, mais le courant dans la bobine change. Ici, le courant passe par deux chemins A et B. 3 / 4ème du 2Ia provient de la bobine B et 1 / 4ème restant provient de la bobine A. KCL est appliqué aux segments a et b, le courant traversant la bobine B est réduit à Ia / 2 et le courant tiré à travers le segment a est Ia / 2.
position 2
Position-3
A cette position la moitié de la brosse, une surface est en contact avec le segment a et l'autre moitié est avec le segment b. Comme le courant total tiré de la brosse de creux est 2Ia, le courant Ia est tiré à travers la bobine A et Ia est tiré à travers la bobine B. En utilisant KCL, nous pouvons observer que le courant dans la bobine B sera nul.
position 3
Position-4
Dans cette position, un quart de la surface de la brosse sera en contact avec le segment b et trois quart avec le segment a. Ici, le courant tiré à travers la bobine B est - Ia / 2. Ici, nous pouvons observer que le courant dans la bobine B est inversé.
position 4
Position-5
Dans cette position, la brosse est en contact total avec le segment a et le courant de la bobine B est Ia mais est en sens inverse par rapport à la direction actuelle de la position 1. Ainsi, le processus de commutation est terminé pour le segment b.
position 5
Effets de la commutation
Le calcul est appelé commutation idéale lorsque l'inversion du courant est terminée à la fin de la période de commutation. Si l'inversion de courant est terminée pendant la période de commutation, des étincelles se produisent au contact des balais et une surchauffe se produit endommageant la surface du commutateur. Ce défaut est appelé Machine mal commutée.
Pour éviter ce type de défauts, il existe trois types de méthodes pour améliorer la commutation.
- Commutation de résistance.
- Commutation EMF.
- Enroulement compensateur.
Commutation de résistance
Pour résoudre le problème de la mauvaise commutation, la méthode de commutation par résistance est appliquée. Dans cette méthode, les balais en cuivre de moindre résistance sont remplacés par des balais de charbon de plus haute résistance. La résistance augmente avec la diminution de la section transversale. Ainsi, la résistance du segment de collecteur arrière augmente à mesure que la brosse se déplace vers le segment de tête. Par conséquent, le segment principal est le plus favorisé pour le chemin actuel et un courant important emprunte le chemin fourni par le segment principal pour atteindre la brosse. Cela peut être bien compris en regardant notre figure ci-dessous.
Dans la figure ci-dessus, le courant de la bobine 3 peut emprunter deux chemins. Chemin 1 de la bobine 3 à la bobine 2 et au segment b. Chemin 2 de la bobine 2 court-circuitée puis bobine 1 et segment a. Lorsque des brosses en cuivre sont utilisées, le courant empruntera le chemin 1 en raison de la moindre résistance offerte par le chemin. Mais lorsque des balais de charbon sont utilisés, le courant préfère le Path 2 car à mesure que la zone de contact entre la brosse et le segment diminue, la résistance augmente. Cela arrête l'inversion précoce du courant et empêche les étincelles dans la machine CC.
Commutation EMF
La propriété d'induction de la bobine est l'une des raisons de l'inversion lente du courant pendant le processus de commutation. Ce problème peut être résolu en neutralisant la tension de réactance produite par la bobine en produisant le e.m.f inverse dans la bobine de court-circuit pendant la période de commutation. Cette commutation EMF est également connue sous le nom de commutation de tension.
Cela peut être fait de deux manières.
- Par la méthode Brush Shifting.
- En utilisant des pôles de commutation.
Dans la méthode de déplacement des balais, les balais sont décalés vers l'avant pour le générateur CC et vers l'arrière pour le moteur CC. Ceci établit un flux dans la zone neutre. Lorsque la bobine de commutation coupe le flux, une petite tension est induite. Comme la position de la brosse doit être décalée pour chaque variation de charge, cette méthode est rarement préférée.
Dans la deuxième méthode, des pôles de commutation sont utilisés. Ce sont les petits pôles magnétiques placés entre les pôles principaux montés sur le stator de la machine. Ceux-ci sont attachés en série avec l'armature. Comme le courant de charge provoque le retour e.m.f. , ces pôles de commutation neutralise la position du champ magnétique.
Sans ces pôles de commutation, les fentes du commutateur ne resteraient pas alignées avec les parties idéales du champ magnétique lorsque la position du champ magnétique change en raison du retour e.m.f. Pendant la période de commutation, ces pôles de commutation induisent un e.m.f dans la bobine de court-circuit qui s'oppose à la tension de réactance et donne une commutation sans étincelle.
La polarité des pôles de commutation est la même que celle du pôle principal situé à côté pour le générateur tandis que la polarité des pôles de commutation est opposée aux pôles principaux du moteur.
Apprendre sur le commutateur nous avons constaté que ce petit appareil joue un rôle important dans le bon fonctionnement des machines DC. Non seulement en tant que convertisseur de courant, mais aussi pour le fonctionnement sûr des machines sans dommages dus aux étincelles, les commutateurs sont des appareils très utiles. Mais avec le développement croissant de la technologie, les commutateurs sont remplacés par de nouvelles technologies. Pouvez-vous nommer la nouvelle technique qui a remplacé les commutateurs ces derniers jours?
