En nuestra vida diaria, el uso de máquinas de CC para nuestras necesidades diarias se ha convertido en algo común. La máquina de CC es una conversión de energía dispositivo que hace conversiones electromecánicas . Hay dos tipos de máquinas de CC: los motores de CC y los Generadores DC . Los motores de CC convierten la energía eléctrica de CC en movimiento mecánico, mientras que los generadores de CC convierten el movimiento mecánico en energía de CC. Pero el problema es que la corriente generada en un generador de CC es CA, ¡pero la salida del generador es CC! De la misma manera, el principio del motor es aplicable cuando la corriente en la bobina se alterna, pero la potencia aplicada a un motor de CC es CC. Entonces, ¿cómo funcionan estas máquinas? La respuesta a esta maravilla es el pequeño dispositivo llamado 'Conmutador'.
¿Qué es la conmutación?
La conmutación en máquinas de CC es el proceso mediante el cual tiene lugar la inversión de la corriente. En el generador de CC, este proceso se utiliza para convertir la CA inducida en los conductores en una salida de CC. En motores de CC, la conmutación se utiliza para invertir las direcciones de Corriente continua antes de ser aplicado a las bobinas del motor.
¿Cómo se desarrolla el proceso de conmutación?
El dispositivo llamado Commutator ayuda en este proceso. Veamos el funcionamiento de un motor de CC para comprender el proceso de conmutación. El principio básico sobre el que funciona un motor es la inducción electromagnética. Cuando la corriente pasa a través de un conductor, produce líneas de campo magnético a su alrededor. También sabemos que cuando un norte magnético y un sur magnético se enfrentan entre sí, las líneas magnéticas de fuerza se mueven desde el imán del Polo Norte al imán del Polo Sur, como se muestra en la siguiente figura.
Líneas de fuerzas magnéticas
Cuando el conductor con un campo magnético inducido a su alrededor, se coloca en el camino de estas líneas magnéticas de fuerza, bloquea su camino. Entonces, estas líneas magnéticas intentan eliminar este obstáculo moviéndolo hacia arriba o hacia abajo dependiendo de la dirección de la corriente en el conductor . Esto da lugar al efecto motor.
Efecto del motor en la bobina
Cuando un Bobina electromagnética se coloca entre dos magnéticos con el norte mirando al sur de otro imán, las líneas magnéticas mueven la bobina hacia arriba cuando la corriente está en una dirección y hacia abajo cuando la corriente en la bobina está en la dirección inversa. Esto crea el movimiento rotatorio de la bobina. Para cambiar la dirección de la corriente en la bobina, se unen dos metales en forma de media luna a cada extremo de la bobina llamado Conmutador. Los cepillos de metal se colocan con un extremo unido a la batería y el otro extremo conectado a los conmutadores.
DC motor
Conmutación en máquina DC
Cada bobina de armadura contiene dos conmutadores conectados en su extremo. Para la transformación de la corriente, los segmentos y las escobillas del conmutador deben mantener un contacto en movimiento continuo. Para obtener valores de salida mayores, se utiliza más de una bobina en las máquinas de CC. Entonces, en lugar de un par, tenemos varios pares de segmentos del conmutador.
Conmutación DC
La bobina se cortocircuita durante un período de tiempo muy corto con la ayuda de cepillos. Este período se conoce como período de conmutación. Consideremos un motor de CC en el que el ancho de las barras del conmutador es igual al ancho de las escobillas. Sea Ia la corriente que fluye por el conductor. Sean a, b, c los segmentos del conmutador del motor. La inversión de corriente en la bobina, es decir. El proceso de conmutación se puede entender mediante los siguientes pasos.
Posición-1
posición 1
Deje que la armadura comience a girar, luego el cepillo se mueve sobre los segmentos del conmutador. Deje que la primera posición del contacto del conmutador de escobillas esté en el segmento b como se muestra arriba. Como el ancho del conmutador es igual al ancho del cepillo, en la posición anterior las áreas totales del conmutador y el cepillo están en contacto entre sí. La corriente total conducida por el segmento del conmutador hacia el cepillo en esta posición será 2Ia.
Posición-2
Ahora el inducido gira hacia la derecha y el cepillo entra en contacto con la barra a. En esta posición, la corriente conducida total será 2Ia, pero la corriente en la bobina cambia. Aquí la corriente fluye a través de dos caminos A y B. 3/4 del 2Ia proviene de la bobina B y el 1/4 restante proviene de la bobina A. KCL se aplica en el segmento ayb, la corriente a través de la bobina B se reduce a Ia / 2 y la corriente extraída a través del segmento a es Ia / 2.
posición 2
Posición-3
En esta posición la mitad del cepillo, una superficie está en contacto con el segmento ay la otra mitad con el segmento b. Como la corriente total extraída a través del cepillo es 2Ia, la corriente Ia se extrae a través de la bobina A y Ia se extrae a través de la bobina B. Usando KCL podemos observar que la corriente en la bobina B será cero.
posición 3
Posición 4
En esta posición, un cuarto de la superficie del cepillo estará en contacto con el segmento by tres cuartos con el segmento a. Aquí la corriente extraída a través de la bobina B es - Ia / 2. Aquí podemos observar que la corriente en la bobina B se invierte.
posición 4
Posición-5
En esta posición, la escobilla está en pleno contacto con el segmento ay la corriente de la bobina B es Ia, pero es la dirección inversa a la dirección actual de la posición 1. Por lo tanto, el proceso de conmutación se completa para el segmento b.
posición 5
Efectos de la conmutación
El cálculo se denomina conmutación ideal cuando la inversión de la corriente se completa al final del período de conmutación. Si la inversión de la corriente se completa durante el período de conmutación, se producen chispas en el contacto de las escobillas y se produce un sobrecalentamiento que daña la superficie del conmutador. Este defecto se denomina Máquina mal conmutada.
Para prevenir este tipo de defectos existen tres tipos de métodos para mejorar la conmutación.
- Conmutación de resistencia.
- Conmutación EMF.
- Compensación de bobinado.
Conmutación de resistencia
Para abordar el problema de la mala conmutación se aplica el método de conmutación por resistencia. En este método, las escobillas de cobre de menor resistencia se reemplazan por escobillas de carbón de mayor resistencia. La resistencia aumenta con la disminución del área de la sección transversal. Por lo tanto, la resistencia del segmento del conmutador posterior aumenta a medida que el cepillo se mueve hacia el segmento principal. Por lo tanto, el segmento principal es el más favorecido para la ruta de la corriente y la corriente grande toma la ruta proporcionada por el segmento principal para llegar a la maleza. Esto se puede entender bien mirando nuestra figura a continuación.
En la figura anterior, la corriente de la bobina 3 puede tomar dos caminos. Ruta 1 de la bobina 3 a la bobina 2 y segmento b. Ruta 2 de la bobina 2 en cortocircuito, luego la bobina 1 y el segmento a. Cuando se utilizan escobillas de cobre, la corriente tomará el camino 1 debido a la menor resistencia ofrecida por el camino. Pero cuando se utilizan escobillas de carbón, la corriente prefiere la Ruta 2 porque a medida que el área de contacto entre la escobilla y el segmento disminuye, la resistencia aumenta. Esto detiene la inversión temprana de la corriente y evita que se produzcan chispas en la máquina de CC.
Conmutación EMF
La propiedad de inducción de la bobina es una de las razones de la lenta inversión de la corriente durante el proceso de conmutación. Este problema se puede abordar neutralizando el voltaje de reactancia producido por la bobina produciendo la fem inversa en la bobina de cortocircuito durante el período de conmutación. Esta conmutación EMF también se conoce como conmutación de voltaje.
Esto se puede hacer de dos formas.
- Mediante el método Brush Shifting.
- Utilizando polos de conmutación.
En el método de cambio de escobillas, las escobillas se mueven hacia adelante para el generador de CC y hacia atrás en el motor de CC. Esto establece un flujo en la zona neutra. A medida que la bobina de conmutación corta el flujo, se induce un pequeño voltaje. Dado que la posición del cepillo debe cambiarse para cada variación de carga, este método rara vez se prefiere.
En el segundo método, se utilizan polos de conmutación. Estos son los pequeños polos magnéticos colocados entre los polos principales montados en el estator de la máquina. Estos están conectados en serie con la armadura. Como la corriente de carga provoca una e.m.f. , estos polos de conmutación neutralizan la posición del campo magnético.
Sin estos polos de conmutación, las ranuras del conmutador no permanecerían alineadas con las porciones ideales del campo magnético a medida que cambia la posición del campo magnético debido a la e.m.f. Durante el período de conmutación, estos polos de conmutación inducen una fem en la bobina de cortocircuito que se opone al voltaje de reactancia y proporciona una conmutación sin chispas.
La polaridad de los polos de conmutación es la misma que la del polo principal situado junto a él para el generador, mientras que la polaridad de los polos de conmutación es opuesta a la de los polos principales del motor.
Aprendiendo acerca de el conmutador Descubrimos que este pequeño dispositivo juega un papel importante en el correcto funcionamiento de las máquinas de CC. No solo como convertidor de corriente, sino también para el funcionamiento seguro de las máquinas sin daños por chispas, los conmutadores son dispositivos muy útiles. Pero con el creciente desarrollo de la tecnología, los conmutadores están siendo reemplazados por nueva tecnología. ¿Puede nombrar la nueva técnica que reemplazó a los conmutadores en los últimos días?
