מהי שינוע: עקרון עבודה, השפעות על מכונות DC

בחיי היומיום שלנו, השימוש במכונות DC לצרכים היומיומיים שלנו הפך לדבר נפוץ. מכונת DC היא המרת אנרגיה מכשיר שעושה המרות אלקטרו-מכניות . ישנם שני סוגים של מכונות DC - מנועי DC ו- גנרטורים של DC . מנועי DC ממירים כוח חשמלי DC לתנועה מכנית ואילו גנרטורי DC ממירים את התנועה המכנית לכוח DC. אבל המלכוד הוא שהזרם שנוצר בגנרטור DC הוא זרם חילופין אבל תפוקת הגנרטור היא DC !! באותו אופן, עיקרון המנוע ישים כאשר הזרם בסליל מתחלף, אך הכוח המופעל על מנוע DC הוא DC !! אז איך פועלות המכונות האלה? התשובה לפלא זה היא המכשיר הקטן בשם 'Commutator'.

מהי קומוטציה?

נסיעה במכונות DC היא התהליך בו מתרחש היפוך הזרם. בגנרטור DC משתמשים בתהליך זה להמיר את זרם ה- AC המושרה במוליכים ליציאת DC. במנועי DC משתמשים בהחלפת כיוונים של זרם DC לפני שהוחל על סלילי המנוע.

כיצד מתרחש תהליך ההסבה?

המכשיר שנקרא Commutator עוזר בתהליך זה. בואו נסתכל על תפקודו של מנוע DC להבנת תהליך ההסעה. העיקרון הבסיסי עליו פועל מנוע הוא אינדוקציה אלקטרומגנטית. כאשר הזרם מועבר דרך מוליך הוא מייצר סביבו קווי שדה מגנטיים. אנו יודעים גם שכאשר צפון מגנטי ודרום מגנטי פונים זה לזה, קווי כוח מגנטיים עוברים ממגנט של הקוטב הצפוני למגנט של הקוטב הדרומי, כפי שמוצג באיור למטה.

קווי כוחות מגנטיים

כאשר המוליך עם שדה מגנטי המושרה סביבו, מונח בנתיב קווי הכוח המגנטיים הללו, הוא חוסם את דרכם. לכן קווים מגנטיים אלה מנסים להסיר את המכשול על ידי הזזתו כלפי מעלה או מטה, תלוי בכיוון הזרם במערכת נהג . זה מוליד אפקט מוטורי.

השפעה מוטורית על סליל

כאשר an סליל אלקטרומגנטי ממוקם בין שני מגנטים כשהצפון פונה דרומית למגנט אחר, הקווים המגנטיים מזיזים את הסליל כלפי מעלה כאשר הזרם בכיוון אחד ומטה כאשר הזרם בסליל נמצא בכיוון ההפוך. זה יוצר את התנועה הסיבובית של הסליל. כדי לשנות את כיוון הזרם בסליל, שתי מתכות בצורת חצי ירח מחוברות לכל קצה של הסליל הנקרא Commutator. מברשות מתכת ממוקמות כאשר קצה אחד מחובר לסוללה והקצה השני מחובר לקומוטטורים.

מנוע DC

שינויים במכונת DC

כל סליל אבזור מכיל שני קומוטטורים המוצמדים בקצהו. לצורך הפיכת הזרם, קטעי הקומוטטור והמברשות צריכים לשמור על קשר נע ברציפות. כדי להשיג ערכי תפוקה גדולים יותר, נעשה שימוש ביותר מסליל אחד במכונות DC. לכן, במקום זוג אחד, יש לנו מספר זוגות של קטעי קומוטטור.

החלפת DC

הסליל הוא קצר חשמלי לתקופה קצרה מאוד בעזרת מברשות. תקופה זו מכונה תקופת מעבר. הבה נבחן מנוע DC בו רוחב מוטות הקומוטטור שווה לרוחב המברשות. תן לזרם הזורם דרך המוליך להיות Ia. תן ל- a, b, c להיות קטעי הקומוטטור של המנוע. המהפך הנוכחי בסליל. כלומר. ניתן להבין את תהליך ההסבה על ידי השלבים הבאים.

עמדה -1

עמדה 1

תן לאבזור להתחיל להסתובב ואז המברשת עוברת על מקטעי הקומוטטור. תן למיקום הראשון של קשר הקומוטטור למברשת להיות בקטע b כפי שמוצג לעיל. מכיוון שרוחב הקומוטטור שווה לרוחב המברשת, במצב הנ'ל סך השטחים של הקומוטטור והמברשת נמצאים במגע אחד עם השני. הזרם הכולל שמעביר פלח הקומוטטורים למברשת במצב זה יהיה 2Ia.

עמדה -2

כעת האבזור מסתובב ימינה והמברשת באה במגע עם המוט א. במצב זה, הזרם המנוהל הכולל יהיה 2Ia, אך הזרם בסליל משתנה. כאן הזרם זורם בשני נתיבים A ו- B. 3/4 של ה- 2Ia מגיע מהסליל B והנותר 1/4 מגיע מסליל A. כאשר KCL מוחל בקטע a ו- b, הזרם דרך הסליל B מצטמצם ל- Ia / 2 והזרם הנמשך דרך קטע a הוא Ia / 2.

עמדה 2

עמדה -3

במיקום זה מחצית מהמברשת, משטח נמצא במגע עם קטע a והחצי השני הוא עם קטע b. מכיוון שמברשת שוקת הזרם הכוללת היא 2Ia, זרם Ia נמשך דרך סליל A ו- Ia נמשך דרך סליל B. באמצעות KCL נוכל לראות שהזרם בסליל B יהיה אפס.

עמדה 3

עמדה -4

במצב זה, רבע משטח המברשת יהיה במגע עם קטע b ושלושה רביעית עם קטע a. כאן הזרם הנמשך דרך סליל B הוא - Ia / 2. כאן אנו יכולים לראות כי הזרם בסליל B הפוך.

עמדה 4

עמדה -5

במצב זה, המברשת נמצאת במגע מלא עם קטע a והזרם מסליל B הוא Ia אך הוא כיוון הפוך לכיוון הנוכחי של מיקום 1. כך הליך ההסעה הושלם עבור קטע b.

עמדה 5

השפעות הקומוטציה

החישוב נקרא תחלופה אידיאלית כאשר היפוך הזרם הושלם בסוף תקופת ההסעה. אם ההיפוך הנוכחי הושלם במהלך תקופת ההסעה, ניצוץ מתרחש במגע של המברשות והתחממות יתר מתרחשת ופוגעת במשטח הקומוטטור. פגם זה נקרא מכונה שהועברה בצורה גרועה.

כדי למנוע פגמים מסוג זה ישנם שלושה סוגים של שיטות לשיפור ההתניידות.

• שינויים בהתנגדות.
• החלפת EMF.
• פיצול סלילה.

שינויים בהתנגדות

כדי להתמודד עם הבעיה של תחלופה לקויה מוחל שיטת העברת התנגדות. בשיטה זו, מברשות נחושת בעלות עמידות נמוכה יותר מוחלפות במברשות פחמן בעלות עמידות גבוהה יותר. ההתנגדות גוברת עם ירידת שטח החתך. לכן, ההתנגדות של קטע הקומוטטור הנגררת גוברת ככל שהמברשת נעה לעבר הקטע המוביל. לפיכך, הקטע המוביל הוא המועדף ביותר על הנתיב הנוכחי וזרם גדול לוקח את הנתיב שמספק הקטע המוביל כדי להגיע למברשת. ניתן להבין זאת היטב על ידי התבוננות באיור שלנו למטה.

באיור לעיל הזרם מסליל 3 יכול לעלות על שני מסלולים. נתיב 1 מסליל 3 לסליל 2 וקטע ב '. נתיב 2 מסליל 2 קצר חשמלי ואז סליל 1 וקטע א. כאשר משתמשים במברשות נחושת זרם ייקח את הנתיב 1 בגלל התנגדות נמוכה יותר שמציעה השביל. אך כאשר משתמשים במברשות פחמן, הזרם מעדיף את הנתיב 2 מכיוון שככל שאזור המגע בין המברשת לפלח פוחת ההתנגדות גוברת. זה עוצר את ההיפוך המוקדם של הזרם ומונע ניצוצות במכונת DC.

החלפת EMF

תכונת אינדוקציה של הסליל היא אחת הסיבות להתהפכות האיטית של הזרם בתהליך ההסעה. ניתן להתמודד עם בעיה זו על ידי נטרול מתח התגובה המיוצר על ידי הסליל על ידי ייצור ה- e.m.f ההפוך בסליל הקצר במהלך תקופת ההסעה. תחלופה זו של EMF מכונה גם החלפת מתח.

ניתן לעשות זאת בשתי שיטות.

• לפי שיטת העברת מברשות.
• על ידי שימוש בעמודי מעבר.

בשיטת העברת מברשות, המברשות מועברות קדימה עבור גנרטור DC ואחור במנוע DC. זה קובע שטף באזור הנייטרלי. כאשר סליל ההסעה חותך את השטף, מושרה מתח קטן. מכיוון שיש לשנות את מיקום המברשת לכל וריאציה בעומס, לעתים רחוקות מעדיפים שיטה זו.

בשיטה השנייה נעשה שימוש בעמודי מעבר. אלה הקטבים המגנטיים הקטנים המוצבים בין העמודים הראשיים המותקנים על הסטטור של המכונה. אלה מחוברים בקשר סדרתי עם האבזור. כמו זרם העומס גורם בחזרה e.m.f. , עמודי מעבר אלה מנטרלים את מיקום השדה המגנטי.

ללא עמודי מעבר אלה, חריצי הקומוטטור לא יישארו בקו אחד עם החלקים האידיאליים של השדה המגנטי, כאשר מיקום השדה המגנטי משתנה עקב הגה. במהלך תקופת ההסבה, קטבי ההסעה הללו גורמים ל- emf בסליל הקצר המתנגד למתח ההסבה ומעניק מעבר חסר ניצוץ.

הקוטביות של מוטות ההסעה זהה לקוטב הראשי הממוקם לידו לגנרטור ואילו הקוטביות של קטבי ההסעה מנוגדת לקטבים הראשיים במנוע.

ללמוד על הקומוטטור מצאנו שלמכשיר הקטן הזה תפקיד משמעותי בעבודה תקינה של מכונות DC. לא רק כממיר זרם אלא גם לתפקוד בטוח של מכונות ללא נזק עקב ניצוצות, הקומוטטורים הם מכשירים שימושיים מאוד. אך עם התפתחות גוברת בטכנולוגיה, מתחלפים הקומוטטורים בטכנולוגיה חדשה. האם אתה יכול למנות את הטכניקה החדשה שהחליפה את הקומוטטורים בימים האחרונים?