Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, việc sử dụng máy điện một chiều cho nhu cầu hàng ngày đã trở thành một điều phổ biến. Máy DC là một chuyển đổi năng lượng thiết bị tạo ra chuyển đổi cơ điện . Có hai loại máy điện một chiều - động cơ điện một chiều và Máy phát điện một chiều . Động cơ điện một chiều biến đổi năng lượng điện một chiều thành chuyển động cơ học trong khi máy phát điện một chiều biến đổi chuyển động cơ học thành điện năng một chiều. Nhưng vấn đề là, dòng điện được tạo ra trong máy phát điện một chiều là dòng điện xoay chiều nhưng đầu ra của máy phát điện là dòng điện một chiều !! Theo cách tương tự, nguyên lý của động cơ có thể áp dụng khi dòng điện trong cuộn dây xoay chiều, nhưng công suất cấp cho động cơ điện một chiều là điện một chiều !! Sau đó, những máy này đang chạy như thế nào? Câu trả lời cho thắc mắc này là thiết bị nhỏ có tên “Commutator”.
Giao hoán là gì?
Sự hoán đổi trong máy điện một chiều là quá trình diễn ra sự đảo chiều của dòng điện. Trong máy phát điện một chiều, quá trình này được sử dụng để chuyển đổi điện xoay chiều cảm ứng trong các dây dẫn thành đầu ra một chiều. Trong động cơ điện một chiều, chuyển mạch được sử dụng để đảo ngược hướng của Dòng điện một chiều trước khi được áp dụng cho các cuộn dây của động cơ.
Quá trình Thay thế Diễn ra Như thế nào?
Thiết bị được gọi là Commutator giúp trong quá trình này. Hãy xem xét hoạt động của động cơ điện một chiều để hiểu quá trình hoán vị. Nguyên tắc cơ bản mà động cơ hoạt động là cảm ứng điện từ. Khi dòng điện chạy qua một vật dẫn, nó tạo ra các đường sức từ xung quanh nó. Chúng ta cũng biết rằng khi một nam châm từ bắc và nam châm đối diện nhau, các đường sức từ chuyển từ nam châm Cực Bắc sang nam châm Nam Cực như thể hiện trong hình dưới đây.
Lực lượng từ tính
Khi dây dẫn có từ trường gây ra xung quanh nó, đặt trong đường sức của các đường sức từ này, nó sẽ chặn đường đi của chúng. Vì vậy, những đường sức từ cố gắng loại bỏ chướng ngại vật này bằng cách di chuyển nó lên trên hoặc xuống dưới tùy thuộc vào hướng của dòng điện trong người lái xe . Điều này làm phát sinh hiệu ứng vận động.
Hiệu ứng động cơ trên cuộn dây
Khi một Cuộn dây điện từ được đặt ở giữa hai nam châm có hướng bắc hướng nam của một nam châm khác, đường sức từ chuyển động của cuộn dây hướng lên khi dòng điện có chiều và hướng xuống khi dòng điện trong cuộn dây có chiều ngược lại. Điều này tạo ra chuyển động quay của cuộn dây. Để đổi chiều dòng điện trong cuộn dây, người ta gắn vào mỗi đầu cuộn dây hai kim loại hình nửa vầng trăng gọi là Commutator. Bàn chải kim loại được đặt với một đầu gắn với pin và đầu kia nối với cổ góp.
Động cơ DC
Giao hoán trong Máy DC
Mỗi cuộn dây phần ứng chứa hai cổ góp được gắn vào cuối của nó. Đối với sự biến đổi của dòng điện, các đoạn Cổ góp và chổi than phải duy trì một tiếp điểm chuyển động liên tục. Để có được giá trị đầu ra lớn hơn, nhiều hơn một cuộn dây được sử dụng trong máy điện một chiều. Vì vậy, thay vì một cặp, chúng ta có một số cặp đoạn Commutator.
Giao hoán DC
Cuộn dây bị đoản mạch trong một khoảng thời gian rất ngắn với sự trợ giúp của chổi quét. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn giao hoán. Chúng ta hãy xem xét một động cơ điện một chiều, trong đó chiều rộng của thanh Commutator bằng chiều rộng của chổi. Cho cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn là Ia. Gọi a, b, c là các đoạn Cổ góp của động cơ. Sự đổi chiều dòng điện trong cuộn dây. I.e. quá trình giao hoán có thể được hiểu theo các bước dưới đây.
Vị trí-1
vị trí 1
Để Phần ứng bắt đầu quay, sau đó bàn chải di chuyển trên các đoạn cổ góp. Để vị trí đầu tiên của tiếp điểm cổ góp chổi than ở đoạn b như hình trên. Vì chiều rộng của cổ góp bằng chiều rộng của chổi, ở vị trí trên, tổng diện tích của cổ góp và chổi tiếp xúc với nhau. Tổng dòng điện do đoạn cổ góp dẫn vào chổi than tại vị trí này sẽ là 2Ia.
Vị trí-2
Bây giờ phần ứng quay về phía bên phải và bàn chải tiếp xúc với thanh a. Tại vị trí này, tổng dòng điện dẫn sẽ là 2Ia, nhưng dòng điện trong cuộn dây thay đổi. Tại đây dòng điện chạy qua hai đường A và B. 3/4 2Ia xuất phát từ cuộn B và 1/4 còn lại xuất phát từ cuộn A. Khi KCL được đặt tại đoạn a và b, dòng điện qua cuộn dây B giảm xuống Ia / 2 và dòng điện qua đoạn a là Ia / 2.
vị trí 2
Vị trí-3
Tại vị trí này một nửa của bàn chải, một bề mặt tiếp xúc với đoạn a và nửa còn lại tiếp xúc với đoạn b. Vì tổng dòng điện quét qua máng là 2Ia, dòng điện Ia được kéo qua cuộn A và Ia được kéo qua cuộn B. Sử dụng KCL, chúng ta có thể quan sát rằng dòng điện trong cuộn B sẽ bằng không.
vị trí 3
Vị trí-4
Ở vị trí này, một phần tư bề mặt bàn chải sẽ tiếp xúc với phân đoạn b và ba phần tư với phân đoạn a. Ở đây cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây B là - Ia / 2. Ở đây chúng ta có thể quan sát thấy dòng điện trong cuộn dây B có chiều ngược lại.
vị trí 4
Vị trí-5
Tại vị trí này, chổi than tiếp xúc hoàn toàn với đoạn a và dòng điện từ cuộn B là Ia nhưng ngược chiều với chiều dòng điện ở vị trí 1. Như vậy quá trình giao hoán hoàn thành đối với đoạn b.
vị trí 5
Ảnh hưởng của việc giao hoán
Việc tính toán được gọi là giao hoán lý tưởng khi sự đảo ngược dòng điện được hoàn thành vào cuối giai đoạn giao hoán. Nếu việc đảo ngược dòng điện được hoàn thành trong thời gian cổ góp, tia lửa điện xảy ra ở chỗ tiếp xúc của chổi than và xảy ra hiện tượng quá nhiệt làm hỏng bề mặt cổ góp. Khuyết tật này được gọi là Máy giao hoán kém.
Để ngăn ngừa loại khuyết tật này, có ba loại phương pháp để cải thiện giao hoán.
- Điện trở giao hoán.
- Giao hoán EMF.
- Dây quấn bù.
Giao hoán kháng chiến
Để giải quyết vấn đề giao hoán kém, phương pháp giao hoán kháng cự được áp dụng. Trong phương pháp này, bàn chải đồng có điện trở thấp hơn được thay thế bằng bàn chải carbon có điện trở cao hơn. Lực cản tăng lên khi diện tích mặt cắt giảm. Vì vậy, lực cản của đoạn cổ góp cuối tăng lên khi bàn chải di chuyển về phía đoạn đầu. Do đó, phân đoạn đầu được ưu tiên nhất cho đường dẫn hiện tại và dòng điện lớn đi theo đường được cung cấp bởi phân đoạn đầu để đến bàn chải. Điều này có thể được hiểu rõ bằng cách nhìn vào hình dưới đây của chúng tôi.
Trong hình trên, dòng điện từ cuộn dây 3 có thể đi theo hai đường. Đường dẫn 1 từ cuộn 3 vào cuộn 2 và đoạn b. Đường dẫn 2 từ ngắn mạch cuộn 2 rồi đến cuộn 1 và đoạn a. Khi bàn chải đồng được sử dụng, dòng điện sẽ đi theo đường dẫn 1 do điện trở thấp hơn của đường dẫn. Nhưng khi bàn chải carbon được sử dụng, dòng điện thích Đường dẫn 2 hơn vì khi diện tích tiếp xúc giữa bàn chải và phân đoạn giảm, điện trở tăng lên. Điều này ngăn chặn sự đảo chiều sớm của dòng điện và ngăn chặn tia lửa điện trong máy điện một chiều.
Giao hoán EMF
Tính chất cảm ứng của cuộn dây là một trong những nguyên nhân làm cho dòng điện đổi chiều chậm trong quá trình giao hoán. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách trung hòa điện áp phản kháng do cuộn dây tạo ra bằng cách tạo ra e.m.f ngược trong cuộn dây ngắn mạch trong khoảng thời gian hoán đổi. Giao hoán EMF này còn được gọi là Giao hoán điện áp.
Điều này có thể được thực hiện bằng hai phương pháp.
- Bằng phương pháp Brush Shifting.
- Bằng cách Sử dụng các cực giao hoán.
Trong phương pháp dịch chuyển chổi than, chổi than được dịch chuyển về phía trước đối với máy phát điện một chiều và chuyển dịch về phía sau đối với động cơ điện một chiều. Điều này thiết lập một dòng chảy trong vùng trung tính. Khi cuộn dây giao hoán cắt từ thông, một điện áp nhỏ được tạo ra. Vì vị trí bàn chải phải được thay đổi cho mọi thay đổi của tải, phương pháp này hiếm khi được ưa thích.
Trong phương pháp thứ hai, các cực giao hoán được sử dụng. Đây là các cực từ nhỏ được đặt giữa các cực chính gắn với stato của máy. Chúng được mắc nối tiếp với phần ứng. Khi dòng tải gây ra trở lại e.m.f. , các cực giao hoán này trung hòa vị trí của từ trường.
Nếu không có các cực giao hoán này, các rãnh cổ góp sẽ không thẳng hàng với các phần lý tưởng của từ trường khi vị trí từ trường thay đổi do điện trở ngược e.m.f. Trong khoảng thời gian giao hoán, các cực giao hoán này tạo ra một e.m.f trong cuộn dây ngắn mạch đối nghịch với điện áp phản kháng và tạo ra sự chuyển mạch ít tia lửa.
Cực của các cực giao hoán giống với cực chính đặt bên cạnh nó đối với máy phát điện trong khi cực của các cực giao hoán ngược với cực chính của động cơ.
Học về cổ góp chúng tôi thấy rằng thiết bị nhỏ này đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động thích hợp của máy điện một chiều. Không chỉ đóng vai trò là bộ chuyển đổi dòng điện mà còn để máy móc hoạt động an toàn không bị hư hỏng do tia lửa điện thì cổ góp là thiết bị rất hữu ích. Nhưng với sự phát triển ngày càng cao của công nghệ, cổ góp ngày càng được thay thế bằng công nghệ mới. Bạn có thể kể tên kỹ thuật mới thay thế cổ góp trong những ngày gần đây?
