Hvad er en kommutator i en elektrisk motor?

🚗 Typer af Elektriske Motorer

Billede 1 Typer af elektromotorer

Elektromotorer er enheder, der omformer elektrisk energi til mekanisk bevægelse. Der findes tre hovedtyper:

• DC-motorer (Direkte Strøm): Bruger en kommutator for at opretholde enkeltretningsskyder ved at skifte strømretningen.
• AC-motorer (Alternativ Strøm): Drevet af alternativ strøm uden behov for mekanisk skifting.
• Kraftfri DC-motorer (BLDC): Lægger sig på elektronisk kommutation ved brug af sensorer i stedet for mekaniske kommutatorer.
• Synkronmotor: En af typerne af AC-motorer.
• Asynkronmotor: En af typerne af AC-motorer.
• Brushed DC Motors (BDC): En type af DC-motorer.
  

👉 Denne artikel fokuserer på DC-motorer, hvor kommutatoren spiller en afgørende rolle i drift.

⚙️ Hvordan virker en kommutator?

Billede 2 Torsion i et magnetfelt

Den momentanære armlængde for torsionen på armaturen varierer med vinklen på spolen (cos α). Derfor produceres der ingen torsion, når spolen er vinkelret (lodret) på det magnetiske felt fra stator. Dette er grunden til, at DC-motorer har flere spole.
Billede kredit: Georgia State University

En kommutator er en delt kobberringe, der er monteret på rotor (også kaldet armaturen) i en DC-motor. Den fungerer sammen med kulstofbørster, der leverer strøm til rotoren.

Arbejdsprincippet:

1.Når strøm løber gennem en spole, opstår der en torsion (tvistende kraft) i det magnetiske felt.
2.Som spolen roterer, hvis strømmens retning forbliver uændret, vil retningen af den elektromagnetiske kraft skifte, hvilket får motoren til at stoppe eller vende.
3.Kommutatoren skifter automatisk strømret en gang hver 180° omdrejning, idet drejningsmomentet holdes i samme retning.

Kort efter slår kommutatoren spolerne på og af for at kontrollere, hvilken retning elektromagnetiske felter peger.

Kernekomponenter i en DC-motor

- Billedet. 3 Den grundlæggende struktur af en DC-motor

Billedskredit: electrical4u.com

🧠 Vigtig indsigt: Kommutatoren og børster danner et kontakt system, der sikrer, at den elektromagnetiske kraft altid peger i samme retning, hvilket muliggør en smooth rotation.

🔌 Hvad Gør en Kommutator?

• 💡 Holder rotationen énretet: Forhindrer, at motoren stopper eller vender om hver 180° rotation.
  
• 🔁 Omvender spolestrømmen: Skifter polaritet netop på det rigtige øjeblik.
  
• 🔥 Kontrollerer elektromagnetisk polaritet: Sørger for korrekt strømføring ind i og ud af armaturspolingerne.

📷 Visuel tip: Tænk på kommutatoren som en tidsbestemt skifter, der vender strømmen om hver halvrotation, hvilket vedligeholder kontinuerlig bevægelse.

📈 Hvorfor er kommutatoren vigtig?

• ✅ Gør det muligt at rotere kontinuerligt: Uden det ville motoren svinge frem og tilbage.
  
• ⚙️ Vedligeholder konstant skruemoment: Holder armaturens kraft i overensstemmelse med roteringsretningen.
  
• 🧯 Forhindre kortslutning og sprækning: Takket være 'neutralzone', hvor den inducerede spænding er nul.
  
• 🧲 Forbedrer effektiviteten: Moderne kommutatorer bruger højkvalitets kopparsegmenter (og en lille mængde sølv) og karbonbørster til varighed og lav friktion.

📝 Sammenfatning

Kommutatoren er et afgørende element i en DC-motor, der skifter strømretningen i armaturen, hvilket tillader en smooth og kontinuerlig rotation.