به گزارش پایگاه خبری تحلیلی «ایلام بیدار»، به نقل از خواندنی ها، آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه یک موتور الکتریکی می‌چرخد و انرژی الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند؟ یکی از اجزای کلیدی در این فرآیند، کموتاتور است. کموتاتور، قلب تپنده‌ی بسیاری از موتورهای جریان مستقیم (DC) است که نقش بسیار مهمی در عملکرد آنها ایفا می‌کند. در این مقاله، به بررسی دقیق کموتاتور، ساختار آن، عملکرد و کاربردهای مختلف آن خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید تا به دنیای شگفت‌انگیز کموتاتورها سفر کنیم.
کموتاتور قلب تپنده موتورهای DC
کموتاتور چیست؟
کموتاتور یک سوئیچ الکتریکی چرخشی است که به صورت دوره‌ای جهت جریان بین روتور و مدار خارجی را معکوس می‌کند. کموتاتورها در ماشین‌های جریان مستقیم (موتورهای DC و ژنراتورهای DC) و موتورهای جهانی استفاده می‌شوند. در یک موتور، کموتاتور جریان الکتریکی را به سیم‌پیچ‌ها اعمال می‌کند. با معکوس کردن جهت جریان در سیم‌پیچ‌های چرخان در هر نیم دور، یک گشتاور چرخشی ثابت تولید می‌شود.
در یک ژنراتور، کموتاتور جهت جریان را با هر دور معکوس می‌کند و به عنوان یک یکسو کننده مکانیکی عمل می‌کند تا جریان متناوب تولید شده در سیم‌پیچ‌ها را به جریان مستقیم یکسو در مدار بار خارجی تبدیل کند.
ساخت کموتاتور
کموتاتور با مجموعه‌ای از میله‌های کنتاکت ساخته شده و در شفت چرخان یک ماشین DC متصل به سیم‌پیچ آرمیچر قرار می‌گیرد. کموتاتور جهت جریان را در داخل یک سیم‌پیچ هنگام چرخش شفت معکوس می‌کند. هنگامی که شفت یک نیم‌دور کامل می‌زند، سیم‌پیچ‌ها به گونه‌ای متصل می‌شوند که جریان از طریق آن در جهت مخالف جهت اول تأمین شود.
در یک موتور DC، میدان مغناطیسی از یک نیروی چرخشی یا گشتاور برای چرخاندن سیم‌پیچ استفاده می‌کند. از سوی دیگر، در یک ژنراتور DC، گشتاور مکانیکی در جهت شفت اعمال می‌شود تا حرکت سیم‌پیچ آرمیچر را حفظ کند. در هر دو حالت، کموتاتور جهت جریان را در کل سیم‌پیچ معکوس می‌کند. جریان در مدار خارجی ماشین در یک جهت واحد جریان دارد.
کموتاتور پل ارتباطی بین بخش ثابت و متحرک موتور
کاربردهای کموتاتور
کموتاتورها عمدتاً برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم پالسی در ژنراتورهای الکتریکی، موتورهای الکتریکی و ماشین‌آلات چرخان جریان مستقیم (DC) استفاده می‌شوند.
در موتورها، کموتاتور به روتور نیرو می‌دهد.
کموتاتورها با تغییر جهت جریان در سیم‌پیچ متحرک آرماتور موتور، یک نیروی چرخشی ثابت (گشتاور) تولید می‌کنند. در ژنراتورها، با معکوس کردن اتصال سیم‌پیچ به مدار خارجی، جریان یکسو (مستقیم) تولید می‌شود. موتورهای کموتاتوری همچنین در موتورهای سبک‌تر و در انواع محصولات الکتریکی از جمله دریل‌های برقی و جاروبرقی یافت می‌شوند.
عملکردهای کموتاتور
در اینجا عملکردهای اصلی کموتاتور آورده شده است:
•معکوس کردن جهت جریان:با چرخش آرماتور در میدان مغناطیسی، بخش‌های کموتاتور به طور دوره‌ای اتصال خود را به برس‌ها تغییر می‌دهند. این کار جهت جریان عبوری از سیم‌پیچ‌های آرمیچر را معکوس می‌کند و چرخش پیوسته در یک جهت را حفظ می‌کند. در ژنراتورها، کموتاتور هدف مشابهی دارد و جریان AC القایی در سیم‌پیچ‌های آرمیچر را به DC تبدیل می‌کند.
•حفظ تماس الکتریکی:کموتاتور تماس الکتریکی مداوم بین سیم‌پیچ‌های آرمیچر و مدار خارجی را تضمین می‌کند. برس‌های کربنی روی بخش‌های کموتاتور فشار می‌دهند و تماس الکتریکی برقرار می‌کنند.
•جلوگیری از اتصال کوتاه:با ارائه بخش‌های جداگانه برای هر سیم‌پیچ آرمیچر، کموتاتور از اتصال کوتاه که در صورت اتصال مستقیم انتهای سیم‌پیچ‌ها رخ می‌دهد جلوگیری می‌کند.
کموتاتور مسئول ایجاد گشتاور چرخشی یکنواخت در موتورهای DC
انواع کموتاتور
• کموتاتور حلقه‌ای شکسته : کموتاتورهای حلقه‌ای شکسته معمولاً در موتورهای کوچک DC مانند آنهایی که در لوازم خانگی، ابزارهای برقی و ماشین‌آلات کوچک یافت می‌شوند استفاده می‌شوند. آنها از دو بخش رسانای جداگانه تشکیل شده‌اند که معمولاً از مس ساخته شده‌اند و از یکدیگر عایق شده‌اند. این بخش‌ها روی شفت موتور نصب می‌شوند.
برس‌های کربنی روی بخش‌های کموتاتور حلقه‌ای شکسته فشار می‌دهند و تماس الکتریکی برقرار می‌کنند. با چرخش موتور، برس‌ها با بخش‌های مختلفی تماس می‌گیرند و در زمان‌های مناسب جهت جریان را در سیم‌پیچ‌های آرمیچر معکوس می‌کنند و در نتیجه چرخش مداوم را حفظ می‌کنند.
• کموتاتور قطعه‌ای : کموتاتورهای قطعه‌ای شامل چندین بخش رسانای جداگانه هستند که هر کدام مربوط به یک سیم‌پیچ آرمیچر است. این بخش‌ها توسط مواد عایق از یکدیگر جدا می‌شوند تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود. کموتاتورهای قطعه‌ای معمولاً در ماشین‌های DC متوسط مانند موتورها و ژنراتورهای صنعتی استفاده می‌شوند. برس‌های کربنی روی بخش‌های کموتاتور قطعه‌ای فشار می‌دهند و تماس الکتریکی برقرار می‌کنند.
مشابه کموتاتورهای حلقه‌ای شکسته، با کارکرد ماشین، برس‌ها با بخش‌های مختلفی تماس می‌گیرند و کموتاسیون را تسهیل می‌کنند.
• کموتاتور قلاب‌دار : کموتاتورهای قلاب‌دار از بخش‌های رسانایی تشکیل شده‌اند که توسط قلاب‌ها یا پل‌های فلزی به هم متصل شده‌اند. این پل‌ها پیوستگی الکتریکی بین بخش‌های مجاور را فراهم می‌کنند در حالی که امکان انبساط و انقباض حرارتی را فراهم می‌کنند.
کموتاتورهای قلاب‌دار اغلب در ماشین‌های DC بزرگتر مانند موتورها و ژنراتورهای صنعتی استفاده می‌شوند که در آنها سطح جریان و توان بالاتر است. برس‌های کربنی روی بخش‌های کموتاتور قلاب‌دار فشار می‌دهند و تماس الکتریکی برقرار می‌کنند.
با کارکرد ماشین، برس‌ها با بخش‌های مختلفی تماس می‌گیرند و کموتاسیون را تسهیل می‌کنند.
محدودیت‌های کموتاتور
کموتاتورها دارای محدودیت‌هایی هستند که عبارتند از:
•تخریب:تماس لغزنده ممکن است باعث سایش کموتاتور و برس‌ها شود. جرقه، گرد و غبار و کاهش راندمان ممکن است از این امر ناشی شود.
• افت ولتاژ:افت ولتاژ ناشی از مقاومت بین برس و کموتاتور ممکن است منجر به اتلاف انرژی شود.
• ناکافی بودن:تلفات انرژی در کموتاتور و برس‌ها ممکن است در هنگام معکوس شدن جهت جریان منجر به بی اثری شود.
• سرعت:کموتاتور تنها می‌تواند تا سرعت مشخصی کار کند تا قبل از اینکه برس‌ها شروع به پریدن و از دست دادن تماس کنند. این سرعت بالای ماشین‌های DC را محدود می‌کند.
• چگالی جریان و ولتاژ:حداکثر چگالی جریان و ولتاژی که کموتاتورها می‌توانند سوئیچ کنند محدود است.
• ابعاد ماشین:دستگاه‌های بزرگ جریان مستقیم.
کموتاتور یک جزء حیاتی در موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و دینامومترها است
سوالات متداول درباره کموتاتور
1. کموتاتور چه زمانی اختراع شد؟
کموتاتورها در سال 1832 توسط ویلیام ریچی و هیپولیت پیکسی اختراع شدند.
2. کموتاتور کجا استفاده می‌شود؟
کموتاتورها در موتورهای DC و موتورهای جهانی برای اطمینان از اینکه جریان در سیم‌پیچ‌های روتور همیشه در یک جهت جریان دارد استفاده می‌شوند.
3. کموتاتورها چگونه کار می‌کنند؟
کموتاتور یک سوئیچ الکتریکی چرخشی است که به طور دوره‌ای جهت جریان بین روتور و مدار خارجی را معکوس می‌کند. معکوس شدن جریان در هر نیم‌دور باعث ایجاد یک گشتاور چرخشی ثابت می‌شود.
4. کموتاتورها از چه ساخته شده‌اند؟
کموتاتورها از مجموعه‌ای از بخش‌های مسی تشکیل شده‌اند که دور روتور ثابت شده‌اند.
5. آیا کموتاتور و حلقه لغزنده یکسان هستند؟
اگرچه هر دو برای حفظ تداوم مدار الکتریکی بین یک سیستم چرخان و یک سیستم ثابت استفاده می‌شوند، اما از یکدیگر متمایز هستند. حلقه‌های لغزنده حلقه‌های پیوسته‌ای هستند که انتقال ثابت سیگنال، توان یا داده را فراهم می‌کنند. از سوی دیگر، کموتاتورها در موتورهای DC برای معکوس کردن قطبیت جریان در سیم‌پیچ‌های آرمیچر استفاده می‌شوند.
نتیجه‌گیری
کموتاتور یک جزء حیاتی در موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و دینامومترها است. عملکرد اصلی آن اطمینان از چرخش مداوم در موتورها و تبدیل AC به DC در ژنراتورها است. از بخش‌های عایق شده ساخته شده است که برس‌های کربنی تماس الکتریکی با آن برقرار می‌کنند. با چرخش آرماتور در میدان مغناطیسی، کموتاتور به طور دوره‌ای اتصالات خود را به برس‌ها تغییر می‌دهد و جهت جریان را در سیم‌پیچ‌های آرمیچر معکوس می‌کند. این کار جهت چرخش را در موتورها حفظ می‌کند و AC را به DC در ژنراتورها تبدیل می‌کند. انواع مختلفی از کموتاتورها مانند حلقه‌ای شکسته، قطعه‌ای و قلاب‌دار در اندازه‌های مختلف ماشین استفاده می‌شوند.
انتهای خبر/م