Wat is een commutator in een elektromotor?

🚗 Soorten Elektromotoren

Pic. 1 Typen van Elektrische Motors

Elektrische motoren zijn apparaten die elektrische energie omzetten in mechanische beweging. Er zijn drie hoofdsoorten:

• DC-motoren (Direct Current): Gebruiken een commutator om een enkelvoudige rotatie te onderhouden door de stroomrichting te switchen.
• AC-motoren (Alternating Current): Worden aangedreven door wisselstroom, met geen behoefte aan mechanisch switchen.
• Brushless DC-motoren (BLDC): Beroepen zich op elektronische commutatie met sensoren in plaats van mechanische commutatoren.
• Synchronemotor: Een type van AC-motoren.
• Asynchrone motor: Een type AC-motor.
• Geborstelde DC-motoren (BDC): Een type DC-motor.
  

👉 Dit artikel concentreert zich op DC-motoren, waarbij de commutator een cruciale rol speelt in de werking.

⚙️ Hoe werkt een commutator?

Afbeelding 2. Koppel in een magnetisch veld

De hefboom voor het door de armatuur opgewekte koppel varieert met de hoek van de spoel (cos α). Daarom wordt er geen koppel opgewekt wanneer de spoel loodrecht (verticaal) staat op het magnetisch veld van de stator. Dit is de reden waarom gelijkstroommotoren meerdere spoelen hebben.
Afbeeldingsgeldd: Georgia State University

Een commutator is een gespleten koperen ring die aan de rotor (ook wel armatuur genoemd) van een gelijkstroommotor vastzit. Het werkt samen met koolstofborstels die stroom leveren aan de rotor.

Het werkingsbeginsel:

1.Wanneer er stroom door een spoel vloeit, ontstaat er een koppel (wentelkracht) in het magnetische veld.
2.Tijdens het draaien van de spoel, als de richting van de stroom onveranderd blijft, verandert de richting van de elektromagnetische kracht, wat ervoor zorgt dat de motor stopt of omkeert.
3.De schakelaar schakelt automatisch de richting van de stroom om de 180° van de rotatie, waarbij het koppel in dezelfde richting blijft.

Kort daarna schakelt de commutator de spoelen aan en uit om te bepalen in welke richting de elektromagnetische velden wijzen.

Kerncomponenten van een gelijkstroommotor

Een foto. 3 Basisstructuur van een gelijkstroommotor

Foto credit: electrical4u.com

🧠 Belangrijk inzicht: De wisselaar en borstels vormen een contactstelsel dat ervoor zorgt dat de elektromagnetische kracht altijd in dezelfde richting wijst, wat een soepele rotatie mogelijk maakt.

🔌 Wat doet een wisselaar?

• 💡 Houdt rotatie enkelvoudig: Voorkomt dat de motor stopt of omkeert bij elke 180° rotatie.
  
• 🔁 Kiert spoelstroom om: Schakelt polariteit op het juiste moment om.
  
• 🔥 Beheert elektromagnetische polariteit: Zorgt voor de juiste stroomvoering naar en van de armatuurspoelen.

📷 Visuele tip: Denk aan de commutator als een getimed schakelaar die de stroom elke halve rotatie omdraait, waardoor continue beweging wordt onderhouden.

📈 Waarom Is de Commutator Belangrijk?

• ✅ Maakt continue rotatie mogelijk: Zonder deze zou de motor heen en weer zwaaien.
  
• ⚙️ Houdt een constante draaiende kracht: Houdt de armatuurkracht uitgelijnd met de rotatierichting.
  
• Vermijdt kortsluiting en vonken: dankzij de neutrale zone waar de geïntroduceerde spanning nul is.
  
• Verbetert de efficiëntie: Moderne commutatoren gebruiken kopersegmenten van hoge kwaliteit (en een kleine hoeveelheid zilver) en koolstofborstels voor duurzaamheid en lage wrijving.

Samenvatting

De commutator is een essentieel onderdeel van een gelijkstroommotor die de stroomrichting binnen de armature schakelt, waardoor een soepele en continue rotatie mogelijk is.