Что такое коммутатор в электродвигателе?

🚗 Типы электродвигателей

Илл. 1 Типы электродвигателей

Электродвигатели — это устройства, преобразующие электрическую энергию в механическое движение. Существует три основных типа:

• Двигатели постоянного тока (DC): Используют коллектор для поддержания одностороннего вращения путем переключения направления тока.
• Двигатели переменного тока (AC): Питаются от переменного тока и не требуют механического переключения.
• Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC): Основываются на электронной коммутации с использованием датчиков вместо механических коммутаторов.
• Синхронный двигатель: Один из типов двигателей переменного тока.
• Асинхронный двигатель: Один из типов двигателей переменного тока.
• Щеточный двигатель постоянного тока (ЩДПТ): Один из типов двигателей постоянного тока.
  

👉 Статья сосредотачивается на двигателях постоянного тока, где коммутатор играет критическую роль в работе.

⚙️ Как работает коммутатор?

Рис. 2 Вращающий момент в магнитном поле

Рукоятка рычага для момента, создаваемого на обмотке, изменяется с углом катушки (cos α). Поэтому, когда катушка перпендикулярна (вертикальна) магнитному полю статора, момент не создается. Именно поэтому в ДВ-двигателях используется несколько катушек.
Источник изображения: Университет штата Джорджия

Коммутатор — это разделенное медное кольцо, прикрепленное к ротору (также называемому якорем) ДВ-двигателя. Он работает совместно с углеродными щетками, которые подают ток на ротор.

Принцип работы:

1. Когда ток проходит через катушку, в магнитном поле создается момент (вращающая сила).
2. По мере вращения катушки, если направление тока остается неизменным, направление электромагнитной силы изменится, что заставит двигатель остановиться или развернуться.
3.Коммутатор автоматически переключает направление тока один раз каждые 180° вращения, сохраняя крутящий момент в том же направлении.

Вскоре коммутатор включает и выключает катушки, чтобы контролировать направление электромагнитных полей.

Основные компоненты двигателя постоянного тока

Снимок. 3 Основная структура двигателя постоянного тока

Снимок: electrical4u.com

🧠 Главное наблюдение: Коммутатор и щетки образуют контактную систему, которая обеспечивает то, чтобы электромагнитная сила всегда направлялась в одном направлении, что позволяет вращаться плавно.

🔌 Что делает коммутатор?

• 💡 Поддерживает одностороннее вращение: Предотвращает остановку или разворот двигателя каждые 180° вращения.
  
• 🔁 Обратить ток в катушке: Переключает полярность в нужный момент.
  
• 🔥 Контролирует электромагнитную полярность: Обеспечивает правильное движение электричества во входящих и выходящих обмотках якоря.

📷 Визуальный совет: Представьте коммутатор как таймерный переключатель, который меняет направление тока каждую половину вращения, поддерживая непрерывное движение.

📈 Почему Коммутатор Важен?

• ✅ Обеспечивает непрерывное вращение: Без него двигатель колебался бы взад и вперед.
  
• ⚙️ Поддерживает постоянный крутящий момент: Сохраняет силу якоря в соответствии с направлением вращения.
  
• Предотвращает короткое замыкание и искры: благодаря нейтральной зоне, где индуцированное напряжение равняется нулю.
  
• Улучшает эффективность: современные коммутаторы используют высококачественные медные сегменты (и небольшое количество серебра) и углеродные кисти для долговечности и низкого трения.

Резюме

Коммутатор является важной частью двигателя постоянного тока, который переключает направление тока в арматуре, позволяя плавное и непрерывное вращение.