การเปลี่ยนคืออะไร: หลักการทำงานผลกระทบต่อเครื่อง DC

ในชีวิตประจำวันของเราการใช้เครื่อง DC สำหรับความต้องการในแต่ละวันของเรากลายเป็นเรื่องธรรมดา เครื่อง DC คือ การแปลงพลังงาน อุปกรณ์ที่ทำให้ การแปลงทางกลไฟฟ้า . เครื่อง DC มีสองประเภทคือมอเตอร์กระแสตรงและ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง . มอเตอร์กระแสตรงแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะแปลงการเคลื่อนที่เชิงกลเป็นพลังงาน DC แต่ที่จับได้คือกระแสที่เกิดในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเป็น AC แต่เอาท์พุทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็น DC !! ในทำนองเดียวกันหลักการของมอเตอร์ก็ใช้ได้เมื่อกระแสไฟฟ้าในขดลวดสลับกัน แต่ไฟที่ใช้กับมอเตอร์กระแสตรงคือ DC !! แล้วเครื่องเหล่านี้ทำงานอย่างไร? คำตอบสำหรับความสงสัยนี้คืออุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีชื่อว่า“ Commutator”

การแลกเปลี่ยนคืออะไร?

การสับเปลี่ยนในเครื่อง DC เป็นกระบวนการที่เกิดการย้อนกลับของกระแสไฟฟ้า ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงกระบวนการนี้ใช้ในการแปลง AC ที่เหนี่ยวนำในตัวนำเป็นเอาต์พุต DC ในการเปลี่ยนมอเตอร์กระแสตรงใช้เพื่อย้อนกลับทิศทางของ กระแสไฟฟ้ากระแสตรง ก่อนนำไปใช้กับขดลวดของมอเตอร์

กระบวนการแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นได้อย่างไร?

อุปกรณ์ที่เรียกว่า Commutator ช่วยในกระบวนการนี้ มาดูการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการสับเปลี่ยน หลักการพื้นฐานที่มอเตอร์ทำงานคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำมันจะสร้างเส้นสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวมัน นอกจากนี้เรายังทราบอีกว่าเมื่อทิศเหนือแม่เหล็กและทิศใต้แม่เหล็กหันเข้าหากันเส้นแรงแม่เหล็กจะเคลื่อนที่จากแม่เหล็กขั้วโลกเหนือไปยังแม่เหล็กขั้วโลกใต้ดังแสดงในรูปด้านล่าง

เส้นแม่เหล็กของกองกำลัง

เมื่อตัวนำที่มีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นรอบ ๆ ถูกวางไว้ในเส้นทางของเส้นแรงแม่เหล็กเหล่านี้มันจะปิดกั้นเส้นทางของมัน ดังนั้นเส้นแม่เหล็กเหล่านี้จึงพยายามขจัดสิ่งกีดขวางนี้โดยการเลื่อนขึ้นหรือลงขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสใน คนขับ . สิ่งนี้ก่อให้เกิดผลของมอเตอร์

มอเตอร์มีผลต่อขดลวด

เมื่อ ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า วางอยู่ระหว่างแม่เหล็กสองตัวโดยให้ทิศเหนือหันไปทางทิศใต้ของแม่เหล็กอีกเส้นหนึ่งเส้นแม่เหล็กจะเคลื่อนขดลวดขึ้นไปเมื่อกระแสอยู่ในทิศทางเดียวและลงเมื่อกระแสไฟฟ้าในขดลวดอยู่ในทิศทางย้อนกลับ สิ่งนี้ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบหมุนของขดลวด ในการเปลี่ยนทิศทางของกระแสในขดลวดโลหะรูปพระจันทร์ครึ่งเสี้ยวสองดวงจะติดอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของขดลวดที่เรียกว่า Commutator แปรงโลหะวางโดยให้ปลายด้านหนึ่งติดกับแบตเตอรี่และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับคอมมิวเตเตอร์

มอเตอร์กระแสตรง

การเปลี่ยนในเครื่อง DC

ขดลวดอาร์มาเจอร์แต่ละขดมีคอมมิวเตเตอร์สองตัวติดอยู่ที่ส่วนท้าย สำหรับการเปลี่ยนแปลงของกระแสส่วน Commutator และแปรงควรรักษาหน้าสัมผัสที่เคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ได้ค่าเอาต์พุตที่ใหญ่กว่าจะใช้ขดลวดมากกว่าหนึ่งขดในเครื่อง DC ดังนั้นแทนที่จะเป็นคู่เดียวเรามีเซ็กเมนต์คอมมูเตเตอร์หลายคู่

การเปลี่ยน DC

ขดลวดลัดวงจรในช่วงเวลาสั้น ๆ ด้วยความช่วยเหลือของแปรง ช่วงเวลานี้เรียกว่าช่วงการเปลี่ยนแปลง ให้เราพิจารณามอเตอร์กระแสตรงซึ่งความกว้างของแท่งสับเปลี่ยนเท่ากับความกว้างของแปรง ปล่อยให้กระแสที่ไหลผ่านตัวนำเป็น Ia ให้ a, b, c เป็นส่วน Commutator ของมอเตอร์ การกลับตัวของกระแสในขดลวดเช่น. ขั้นตอนการเปลี่ยนสามารถเข้าใจได้ตามขั้นตอนด้านล่าง

ตำแหน่ง -1

ตำแหน่งที่ 1

ปล่อยให้ Armature เริ่มหมุนจากนั้นแปรงจะเคลื่อนผ่านส่วนสับเปลี่ยน ให้ตำแหน่งแรกของหน้าสัมผัสตัวสับเปลี่ยนแปรงอยู่ที่ส่วน b ตามที่แสดงด้านบน เนื่องจากความกว้างของคอมมิวเตเตอร์เท่ากับความกว้างของแปรงในตำแหน่งด้านบนพื้นที่ทั้งหมดของคอมมิวเตเตอร์และแปรงจะสัมผัสกัน กระแสรวมที่ดำเนินการโดยส่วนคอมมิวเตเตอร์ในแปรงที่ตำแหน่งนี้จะเป็น 2Ia

ตำแหน่ง -2

ตอนนี้กระดองหมุนไปทางขวาและแปรงสัมผัสกับแถบ a. ที่ตำแหน่งนี้กระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะเท่ากับ 2Ia แต่กระแสไฟฟ้าในขดลวดเปลี่ยนไป ที่นี่กระแสไหลผ่านสองเส้นทาง A และ B 3/4 ของ 2Ia มาจากขดลวด B และที่เหลือ 1/4 มาจากขดลวด A. เมื่อ KCL ถูกนำไปใช้ที่ส่วน a และ b กระแสผ่านขดลวด B จะลดลงเป็น Ia / 2 และกระแสที่ดึงผ่านเซ็กเมนต์ a คือ Ia / 2

ตำแหน่งที่ 2

ตำแหน่ง -3

ที่ตำแหน่งนี้ครึ่งหนึ่งของแปรงพื้นผิวสัมผัสกับส่วน a และอีกครึ่งหนึ่งอยู่กับส่วน b เนื่องจากแปรงรางน้ำที่ดึงกระแสทั้งหมดเท่ากับ 2Ia กระแส Ia จะถูกดึงผ่านขดลวด A และ Ia ถูกดึงผ่านขดลวด B โดยใช้ KCL เราสามารถสังเกตได้ว่ากระแสในขดลวด B จะเป็นศูนย์

ตำแหน่งที่ 3

ตำแหน่ง -4

ในตำแหน่งนี้หนึ่งในสี่ของพื้นผิวแปรงจะสัมผัสกับส่วน b และสามในสี่กับส่วนก. ที่นี่กระแสที่ดึงผ่านขดลวด B คือ - Ia / 2 ที่นี่เราสามารถสังเกตได้ว่ากระแสในขดลวด B จะกลับด้าน

ตำแหน่งที่ 4

ตำแหน่ง -5

ที่ตำแหน่งนี้แปรงสัมผัสกับส่วน a อย่างเต็มที่และกระแสจากขดลวด B คือ Ia แต่เป็นทิศทางย้อนกลับไปยังทิศทางปัจจุบันของตำแหน่ง 1 ดังนั้นกระบวนการเปลี่ยนจะเสร็จสมบูรณ์สำหรับส่วน b

ตำแหน่งที่ 5

ผลของการเปลี่ยน

การคำนวณนี้เรียกว่าการสับเปลี่ยนในอุดมคติเมื่อการย้อนกลับของกระแสเสร็จสิ้นเมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการเปลี่ยน หากการย้อนกลับปัจจุบันเสร็จสิ้นในช่วงระยะเวลาการสับเปลี่ยนการเกิดประกายไฟจะเกิดขึ้นที่หน้าสัมผัสของแปรงและความร้อนสูงเกินไปจะทำให้พื้นผิวของคอมมิวเตเตอร์เสียหาย ข้อบกพร่องนี้เรียกว่าเครื่องสับเปลี่ยนไม่ดี

เพื่อป้องกันข้อบกพร่องประเภทนี้มีวิธีการสามประเภทในการปรับปรุงการแลกเปลี่ยน

• การเปลี่ยนความต้านทาน
• การเปลี่ยน EMF
• การชดเชยที่คดเคี้ยว

การเปลี่ยนความต้านทาน

เพื่อจัดการกับปัญหาของวิธีการเปลี่ยนความต้านทานการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ดีถูกนำไปใช้ ในวิธีนี้แปรงทองแดงที่มีความต้านทานต่ำจะถูกแทนที่ด้วยแปรงคาร์บอนที่มีความต้านทานสูงกว่า ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นตามพื้นที่หน้าตัดที่ลดลง ดังนั้นความต้านทานของส่วนสับเปลี่ยนต่อท้ายจึงเพิ่มขึ้นเมื่อแปรงเคลื่อนที่ไปยังส่วนนำหน้า ดังนั้นส่วนชั้นนำจึงได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับเส้นทางปัจจุบันและกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่จะใช้เส้นทางที่ส่วนนำมาให้เพื่อไปถึงแปรง สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้ดีโดยดูที่รูปของเราด้านล่าง

ในรูปด้านบนกระแสจากขดลวด 3 สามารถใช้สองเส้นทาง เส้นทาง 1 จากขด 3 เป็นขดลวด 2 และส่วนข. เส้นทาง 2 จากขดลวดลัดวงจร 2 จากนั้นขดลวด 1 และส่วนก. เมื่อใช้แปรงทองแดงในปัจจุบันจะใช้เส้นทาง 1 เนื่องจากความต้านทานต่ำกว่าที่เสนอโดยเส้นทาง แต่เมื่อใช้แปรงถ่านปัจจุบันชอบเส้นทาง 2 เนื่องจากพื้นที่สัมผัสระหว่างแปรงและส่วนลดลงความต้านทานจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะหยุดการย้อนกลับของกระแสในช่วงต้นและป้องกันไม่ให้เกิดประกายไฟในเครื่อง DC

การเปลี่ยน EMF

คุณสมบัติการเหนี่ยวนำของขดลวดเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้กระแสย้อนกลับช้าในระหว่างกระบวนการเปลี่ยน ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการทำให้แรงดันรีแอกแตนซ์ที่เกิดจากขดลวดเป็นกลางโดยการผลิต e.m.f ย้อนกลับในขดลวดลัดวงจรในช่วงการสับเปลี่ยน การเปลี่ยน EMF นี้เรียกอีกอย่างว่าการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า

ซึ่งสามารถทำได้สองวิธี

• โดยใช้วิธี Brush Shifting
• โดยใช้เสาสับเปลี่ยน

ในวิธีการเปลี่ยนแปรงแปรงจะเลื่อนไปข้างหน้าสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงและย้อนกลับในมอเตอร์กระแสตรง สิ่งนี้สร้างฟลักซ์ในโซนที่เป็นกลาง เมื่อขดลวดสับเปลี่ยนกำลังตัดฟลักซ์จึงเกิดแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก เนื่องจากต้องเลื่อนตำแหน่งแปรงสำหรับทุกรูปแบบในการโหลดจึงไม่ค่อยนิยมใช้วิธีนี้

ในวิธีที่สองจะใช้เสาสับเปลี่ยน นี่คือขั้วแม่เหล็กขนาดเล็กที่วางอยู่ระหว่างเสาหลักที่ติดตั้งกับสเตเตอร์ของเครื่อง สิ่งเหล่านี้ติดอยู่ในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับกระดอง เนื่องจากกระแสโหลดทำให้ย้อนกลับ e.m.f. เสาสับเปลี่ยนเหล่านี้จะทำให้ตำแหน่งของสนามแม่เหล็กเป็นกลาง

หากไม่มีเสาสับเปลี่ยนเหล่านี้สล็อตคอมมิวเตเตอร์จะไม่อยู่ในแนวเดียวกับส่วนที่เหมาะสมของสนามแม่เหล็กเนื่องจากตำแหน่งของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนไปเนื่องจากกลับ e.m.f ในช่วงระยะเวลาการเปลี่ยนขั้วเหล่านี้จะทำให้เกิด e.m.f ในขดลวดลัดวงจรซึ่งตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้ารีแอคแตนซ์และให้การเปลี่ยนที่ไม่เกิดประกายไฟ

ขั้วของเสาสับเปลี่ยนจะเหมือนกับเสาหลักที่ตั้งอยู่ข้างๆสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในขณะที่ขั้วของขั้วสับเปลี่ยนจะตรงข้ามกับเสาหลักในมอเตอร์

เรียนรู้เกี่ยวกับ สับเปลี่ยน เราพบว่าอุปกรณ์ขนาดเล็กนี้มีบทบาทสำคัญในการทำงานของเครื่อง DC อย่างเหมาะสม ไม่เพียง แต่เป็นตัวแปลงกระแสเท่านั้น แต่ยังเพื่อการทำงานที่ปลอดภัยของเครื่องจักรโดยไม่เกิดความเสียหายเนื่องจากประกายไฟอีกด้วยเครื่องสับเปลี่ยนเป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มาก แต่ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่เพิ่มมากขึ้นเครื่องสับเปลี่ยนกำลังถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยีใหม่ คุณสามารถตั้งชื่อเทคนิคใหม่ที่แทนที่ตัวสับเปลี่ยนในช่วงไม่กี่วันที่ผ่านมาได้หรือไม่