Що таке комутатор у електромоторі?

🚗 Типи електродвигунів

Рис. 1 Типи електричних моторів

Електричні мотори — це пристрої, які перетворюють електричну енергію в механічний рух. Існує три головних типи:

• ДЦ мотори (Direct Current): Використовують комутатор для підтримки одностороннього обертання шляхом зміни напрямку струму.
• АЦ мотори (Alternating Current): Працюють від змінного струму, без необхідності механічної комутації.
• Безщіткові ДЦ мотори (BLDC): Залежать від електронної комутації за допомогою сенсорів замість механічних комутаторів.
• Синхронний двигун: один із типів ІП двигунів.
• Асинхронний двигун: один із типів ІП двигунів.
• Щетковий ДЦ двигун (BDC): один із типів ДЦ двигунів.
  

👉 Ця стаття фокусується на ДЦ двигунах, де комутатор відіграє критичну роль у роботі.

⚙️ Як працює комутатор?

Рис. 2 Момент сили в магнітному полі

Довжина плеча для моменту сили, що виникає на обмотці, змінюється з кутом обмотки (cos α). Отже, коли обмотка перпендикулярна (вертикальна) до магнітного поля статора, момент сили не виникає. Саме тому двигуни з постійним струмом мають кілька обмоток.
Кредит за зображення: Університет штату Джорджія

Комутатор - це розбите мідне кільце, прикріплене до ротора (також називається обмоткою) електродвигуна з постійним струмом. Він працює разом із уг勒ковими щетками, які доставляють струм до ротора.

Принцип роботи:

1.Коли струм тече через катушку, то в магнітному полі утворюється крутний момент (сила викручення).
2.Коли катушка обертається, якщо напрямок струму залишається незмінним, напрямок електромагнітної сили зміниться, що змусить двигун зупинитися або повернути назад.
3.Коммутатор автоматично змінює напрямок струму один раз на кожні 180° обертання, зберігаючи крутний момент в тому ж напрямку.

Невдовзі комутатор включає і вимикає катушки, щоб контролювати, в якому напрямку прямують електромагнітні поля.

Основні компоненти двигуна постійного струму

Рис. 3 Базова структура直流 мотора

Зображення від: electrical4u.com

🧠 Головна ідея: Комутатор і щітки утворюють контактну систему, яка забезпечує те, що електромагнітна сила завжди спрямована в ту саму сторону, що дозволяє здійснювати гладке обертання.

🔌 Що робить комутатор?

• 💡 Забезпечує однакове обертання: Запобігає тому, щоб мотор зупинявся або повертав назад кожні 180° обертів.
  
• 🔄 Змінює напрямок струму у котушці: Перемикає полярність саме в потрібний момент.
  
• 🔥 Керує електромагнітною полярністю: Забезпечує правильний потік електрики до і з обмоток арматури.

📷 Візуальна порада: Уявляйте комутатор як часовий перемикач, що змінює струм кожного півобертання, забезпечуючи неперервне рух.

📈 Чому комутатор важливий?

• ✅ Дозволяє неперервне обертання: Без цього мотор би коливався вперед-назад.
  
• ⚙️ Підтримує стійкий вихідний крутний момент: Зберігає силу арматури, вирівняну з напрямком обертання.
  
• 🧯 Забороняє коротке замикання та іскри: Дяки "нейтральній зоні", де індукована напруга дорівнює нулю.
  
• 🧲 Покращує ефективність: Сучасні комутатори використовують сегменти високоякісної міді (та невелику кількість срібла) та уг勒кові щітки для тривалості та низького тертя.

📝 Підсумок

Комутатор — це важлива частина ДС-мотора, яка переключає напрямок струму в обмотці, що дозволяє здійснювати плавне і неперервне обертання.