Co to jest komutator w silniku elektrycznym?

🚗 Rodzaje silników elektrycznych

Rys. 1 Typy silników elektrycznych

Silniki elektryczne to urządzenia, które przekształcają energię elektryczną w ruch mechaniczny. Istnieje trzy główne typy:

• Silniki prądu stałego (DC): Używają komutatora do utrzymywania jednokierunkowego obrotu poprzez zmianę kierunku prądu.
• Silniki prądu zmiennego (AC): Napędzane prądem zmiennym, bez potrzeby przełączania mechanicznego.
• Bezczynnikowe silniki prądu stałego (BLDC): Opierają się na elektronicznej komutacji za pomocą czujników zamiast komutatorów mechanicznych.
• Silnik synchroniczny: Jeden z typów silników prądu zmiennego.
• Silnik asynchroniczny: Jeden z typów silników prądu przemiennego.
• Silniki DC z szczotkami (BDC): Jeden z typów silników prądu stałego.
  

👉 Artykuł skupia się na silnikach DC, gdzie komutator odgrywa kluczową rolę w ich działaniu.

⚙️ Jak działa komutator?

Il. 2 Moment obrotowy w polu magnetycznym

Długość ramienia momentu siły działającej na armaturę zmienia się w zależności od kąta pętli (cos α). Dlatego, gdy pętla jest prostopadła (pionowa) do pola magnetycznego statora, nie powstaje moment obrotowy. Dlatego silniki prądu stałego mają wiele pętli.
Źródło obrazka: Uniwersytet Stanu Georgia

Komutator to podzielone koło miedziane przyczepione do wirnika (również nazywanego armaturą) silnika prądu stałego. Współpracuje on z szczotkami węglowymi, które dostarczają prąd do wirnika.

Zasada działania:

1.Gdy prąd płynie przez pętlę, generowany jest moment obrotowy (siła skręcająca) w polu magnetycznym.
2.Gdy pętla się obraca, jeśli kierunek prądu pozostaje niezmieniony, kierunek siły elektromagnetycznej się zmieni, co spowoduje zatrzymanie się lub odwrócenie silnika.
3.Komutator automatycznie zmienia kierunek prądu raz na 180° obrotu, utrzymując moment obrotowy w tym samym kierunku.

Wkrótce komutator włącza i wyłącza cewki, aby kontrolować kierunek kierunku pola elektromagnetycznego.

Główne elementy silnika prądu stałego

Zdjęcie. 3 Podstawowa struktura silnika prądu stałego

Zdjęcie: electrical4u.com

🧠 Główny wniosek: Komutator i szczotki tworzą system kontaktowy, który zapewnia, że siła elektromagnetyczna zawsze wskazuje w tym samym kierunku, umożliwiając płynną rotację.

🔌 Co robi komutator?

• 💡 Utrzymuje jednokierunkowość obrotu: Zapobiega zatrzymaniu się lub odwróceniu silnika co 180° obrotu.
  
• 🔁 Odwraca prąd w pętli: Przełącza polarność w odpowiednim momencie.
  
• 🔥 Steruje polarnością elektromagnetyczną: Zapewnia właściwy przepływ prądu do i z nawinięć rurki.

📷 Wizualny wskazówka: Wyobraź sobie komutator jako zegarowy przekaźnik, który odwraca prąd co półobrót, utrzymując ciągły ruch.

📈 Dlaczego Komutator Jest Ważny?

• ✅ Pozwala na ciągły obrót: Bez niego silnik oscylowałby w przód i w tył.
  
• ⚙️ Utrzymuje stały wydatek momentu obrotowego: Trzyma siłę armatury zgodną z kierunkiem obrotu.
  
• Zapobiega zwarciom i iskry: dzięki strece neutralnej, w której napięcie indukowane jest zerowe.
  
• Poprawia wydajność: Nowoczesne komutatory wykorzystują wysokiej jakości segmenty miedziane (i niewielką ilość srebra) oraz szczotki węglowe dla trwałości i niskiego tarcia.

Podsumowanie

Komutator jest istotną częścią silnika prądu stałego, który zmienia kierunek prądu w armaturze, umożliwiając płynną i ciągłą rotację.