Електротехнічний комутатор або колектор обертової електричної машини — пристрій з ізольованих одна від одної струмопровідних пластин (розрізане кільце), які разом із розташованими на
них щітками, забезпечують проходження струму в обертовій електричній машині з однієї частини кола обвитки в іншу, за допомогою ковзного контакту.
Зазвичай, комутатор складається з мідних складників/сегментів, закріплених на обертовій частині електричної машини, до яких приєднано кінці секцій обвиток і пружинами притиснуті електричні щітки, що разом утворюють щітково-колекторний вузол.
В електричних двигунах комутатор (колектор) забезпечує живлення ротора струмом необхідного напрямку, в генераторах — переважно, відбирання електричної енергії потрібної полярності.
Під час обертання вузла колектора, щітки торкаються кожного із складників колектора. Отже у разі наявності джерела постійного стуму, під'єднаного до щіток (як показано на анімації ліворуч) сегменти почергово з'єднуються то з додатним (+), то з від'ємним (-) полюсом джерела.
Комутатор є одним з найменш надійних вузлів електричних машин.
Спосіб дії
Як зазначено вище, комутатор складається з набору контактних струмопровідних сегментних шин, закріплених на обертовому валу машини та з’єднаних з початками та кінцями обвиток якоря. Коли вал обертається, комутатор змінює напрямок струму в обвитці на протилежний. Для однієї обвитки якоря, коли вал зробив половину повного оберту, обвитка тепер під'єднана так, що струм тече крізь неї в протилежному напрямку від початкового. У двигуні, струм якоря змушує стале магнітне поле чинити обертальну силу або крутний момент на обвитку, змушуючи її обертатися разом із якорем. У генераторі — механічний крутний момент, прикладений до валу, підтримує рух обвитки якоря крізь стале магнітне поле, індукуючи в ній електричний струм. Як у двигуні, так і в генераторі, комутатор постійно змінює напрямок потоку струму крізь обвитку, отже струм у зовнішньому колі машини, протікає лише в одному напрямку.
Насправді, комутатори мають щонайменше три контактні складники (сегменти), щоби запобігти «мертвій» точці, де дві щітки одночасно з’єднують лише два складники комутатора. Щітки зроблені ширше ізольованого зазору між ковзними пластинами, щоби забезпечити безперервний контакт щіток з котушкою якоря. Для комутаторів принаймні з трьома складниками, хоча й ротор ймовірно може зупинитися в положенні коли два сегменти комутатора торкаються однієї щітки, це лише вимикає напругу на одному з плечей ротора, тоді як інші працюватимуть належним чином. За допомогою решти плечей (секцій) ротора, двигун може створити достатній крутний момент, щоби почати його обертання, а генератор може забезпечити корисну потужність для зовнішнього електричного кола (споживача).
Вади
Щітково-колекторний вузол є однією з найменш надійних частин електричних машин, оскільки ковзні контакти дуже зношуються від тертя. Для професійного електроінструменту, наприклад, графітові щітки є дуже витратним матеріалом. Через це, з точки зору надійності, найкращими є двигуни без щітково-колекторного вузла — вентильний електродвигун та асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, але у цьому разі регулювання швидкості його обертання, ускладнене (потрібен перетворювач частоти ).
Щітковий контакт за нормальних умов роботи викликає найбільшу кількість відмов у роботі електричних машин. Наприклад, для колекторних машин постійного струму в середньому 25 % відмов відбувається через вихід з ладу щітково-колекторного вузла (в транспортних засобах частка таких відмов досягає 44…66 %).
Частина щітково-колекторного вузла — «щітка» отримала власну назву від ранніх конструкцій, в яких вона дійсно була схожа на щітку з безліччю гнучких дротинок. В даний час (2010-і) щітки виготовляються у вигляді бруска з графіту або іншого струмопровідного матеріалу з незначним питомим опором і невеликим коефіцієнтом тертя. У малопотужних побутових електродвигунах, щітка може являти собою просто одну пружну сталеву дротинку.
Патенти
- Еліу Томсон – U.S. Patent 242,488 – Комутатори для електричних машин динамо – 7 червня 1881 року.
- Генрі Джейкобс – U.S. Patent 246,612 – Комутатор для магнітоелектричних машин – 1881 рік.
- Френк. Б. Рей і Кларенс. Л. Гілі – U.S. Patent 294,270 – Комутатор для динамо або магнітних електричних машин – 26 лютого 1884 року.
- Нікола Тесла – U.S. Patent 334,823 – Комутатор для електричних машин динамо – 26 січня 1886 року.
- Томас Е. Адамс – U.S. Patent 340,537 – Комутатор для динамо-електричних машин – 27 квітня 1886 року.
- Нікола Тесла – U.S. Patent 382,845 – Комутатор для електричних машин динамо – 15 травня 1888 року.
Див. також
Примітки
- ДСТУ 2286-93 Машини електричні обертові. Терміни та визначення.
Джерела
- Переключатель электрический [ 11 Квітня 2011 у Wayback Machine.] (рос.)
Це незавершена стаття про електроніку. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina Komutator Elektrotehnichnij komutator abo kolektor obertovoyi elektrichnoyi mashini pristrij z izolovanih odna vid odnoyi strumoprovidnih plastin rozrizane kilce yaki razom iz roztashovanimi naAnimaciya yaka pokazuye robotu komutatora iz dvoh skladnikiv A komutator B shitka C obvitki rotora yakorya D obvitki statora polya E napryamni shitok F elektrichni z yednannya nih shitkami zabezpechuyut prohodzhennya strumu v obertovij elektrichnij mashini z odniyeyi chastini kola obvitki v inshu za dopomogoyu kovznogo kontaktu Zazvichaj komutator skladayetsya z midnih skladnikiv segmentiv zakriplenih na obertovij chastini elektrichnoyi mashini do yakih priyednano kinci sekcij obvitok i pruzhinami pritisnuti elektrichni shitki sho razom utvoryuyut shitkovo kolektornij vuzol V elektrichnih dvigunah komutator kolektor zabezpechuye zhivlennya rotora strumom neobhidnogo napryamku v generatorah perevazhno vidbirannya elektrichnoyi energiyi potribnoyi polyarnosti Pid chas obertannya vuzla kolektora shitki torkayutsya kozhnogo iz skladnikiv kolektora Otzhe u razi nayavnosti dzherela postijnogo stumu pid yednanogo do shitok yak pokazano na animaciyi livoruch segmenti pochergovo z yednuyutsya to z dodatnim to z vid yemnim polyusom dzherela Komutator ye odnim z najmensh nadijnih vuzliv elektrichnih mashin Sposib diyiProstij shitkovij mehanizm iz pruzhnih providnih plastin Yak zaznacheno vishe komutator skladayetsya z naboru kontaktnih strumoprovidnih segmentnih shin zakriplenih na obertovomu valu mashini ta z yednanih z pochatkami ta kincyami obvitok yakorya Koli val obertayetsya komutator zminyuye napryamok strumu v obvitci na protilezhnij Dlya odniyeyi obvitki yakorya koli val zrobiv polovinu povnogo obertu obvitka teper pid yednana tak sho strum teche kriz neyi v protilezhnomu napryamku vid pochatkovogo U dviguni strum yakorya zmushuye stale magnitne pole chiniti obertalnu silu abo krutnij moment na obvitku zmushuyuchi yiyi obertatisya razom iz yakorem U generatori mehanichnij krutnij moment prikladenij do valu pidtrimuye ruh obvitki yakorya kriz stale magnitne pole indukuyuchi v nij elektrichnij strum Yak u dviguni tak i v generatori komutator postijno zminyuye napryamok potoku strumu kriz obvitku otzhe strum u zovnishnomu koli mashini protikaye lishe v odnomu napryamku Naspravdi komutatori mayut shonajmenshe tri kontaktni skladniki segmenti shobi zapobigti mertvij tochci de dvi shitki odnochasno z yednuyut lishe dva skladniki komutatora Shitki zrobleni shirshe izolovanogo zazoru mizh kovznimi plastinami shobi zabezpechiti bezperervnij kontakt shitok z kotushkoyu yakorya Dlya komutatoriv prinajmni z troma skladnikami hocha j rotor jmovirno mozhe zupinitisya v polozhenni koli dva segmenti komutatora torkayutsya odniyeyi shitki ce lishe vimikaye naprugu na odnomu z plechej rotora todi yak inshi pracyuvatimut nalezhnim chinom Za dopomogoyu reshti plechej sekcij rotora dvigun mozhe stvoriti dostatnij krutnij moment shobi pochati jogo obertannya a generator mozhe zabezpechiti korisnu potuzhnist dlya zovnishnogo elektrichnogo kola spozhivacha VadiRotor elektrichnogo dviguna z kolektorom na livomu krayi osi Shitkovo kolektornij vuzol ye odniyeyu z najmensh nadijnih chastin elektrichnih mashin oskilki kovzni kontakti duzhe znoshuyutsya vid tertya Dlya profesijnogo elektroinstrumentu napriklad grafitovi shitki ye duzhe vitratnim materialom Cherez ce z tochki zoru nadijnosti najkrashimi ye dviguni bez shitkovo kolektornogo vuzla ventilnij elektrodvigun ta asinhronnij dvigun z korotkozamknenim rotorom ale u comu razi regulyuvannya shvidkosti jogo obertannya uskladnene potriben peretvoryuvach chastoti Shitkovij kontakt za normalnih umov roboti viklikaye najbilshu kilkist vidmov u roboti elektrichnih mashin Napriklad dlya kolektornih mashin postijnogo strumu v serednomu 25 vidmov vidbuvayetsya cherez vihid z ladu shitkovo kolektornogo vuzla v transportnih zasobah chastka takih vidmov dosyagaye 44 66 Chastina shitkovo kolektornogo vuzla shitka otrimala vlasnu nazvu vid rannih konstrukcij v yakih vona dijsno bula shozha na shitku z bezlichchyu gnuchkih drotinok V danij chas 2010 i shitki vigotovlyayutsya u viglyadi bruska z grafitu abo inshogo strumoprovidnogo materialu z neznachnim pitomim oporom i nevelikim koeficiyentom tertya U malopotuzhnih pobutovih elektrodvigunah shitka mozhe yavlyati soboyu prosto odnu pruzhnu stalevu drotinku PatentiEliu Tomson U S Patent 242 488 Komutatori dlya elektrichnih mashin dinamo 7 chervnya 1881 roku Genri Dzhejkobs U S Patent 246 612 Komutator dlya magnitoelektrichnih mashin 1881 rik Frenk B Rej i Klarens L Gili U S Patent 294 270 Komutator dlya dinamo abo magnitnih elektrichnih mashin 26 lyutogo 1884 roku Nikola Tesla U S Patent 334 823 Komutator dlya elektrichnih mashin dinamo 26 sichnya 1886 roku Tomas E Adams U S Patent 340 537 Komutator dlya dinamo elektrichnih mashin 27 kvitnya 1886 roku Nikola Tesla U S Patent 382 845 Komutator dlya elektrichnih mashin dinamo 15 travnya 1888 roku Div takozhKontaktni kilcya Yakir elektromashiniPrimitkiDSTU 2286 93 Mashini elektrichni obertovi Termini ta viznachennya DzherelaPereklyuchatel elektricheskij 11 Kvitnya 2011 u Wayback Machine ros Ce nezavershena stattya pro elektroniku Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi