Commutator Pitch : le guide complet et intuitif (avec des informations concrètes sur la conception)

La plupart des explications de pas du commutateur Ce ne sont que des définitions d'une ligne et une formule. Utile ? En quelque sorte. Mémorable ? Pas vraiment.

Ici, nous traiterons commutateur présenter comme le ferait un bon designer ou un candidat à un examen pense à ce sujet : en tant que lien entre les fentes, les bobines, les segments du commutateur et la tension/intensité nominale d'une machine à courant continu. L'objectif est qu'à la fin, vous puissiez sentir lorsqu'une valeur de (Yc) est correct ou incorrect, sans passer cinq minutes à fixer la formule.

En une minute : qu'est-ce que le “ pas du commutateur ” ?

• Définition (idée centrale): Pas du commutateur (Yc) est le nombre de segments de commutateur entre les deux segments auxquels le extrémités d'une bobine d'armature unique sont connectés. Elle est mesurée en “ segments ”, et non en millimètres.
  
• Image physique: Prenez n'importe quelle bobine dans l'armature. Suivez une extrémité jusqu'à un segment du commutateur. Contournez le commutateur jusqu'au segment de l'autre extrémité. Le “ pas ” que vous venez de faire, compté en segments, correspond au pas du commutateur.
  
• Pourquoi est-ce important ?: La taille de ce pas détermine si l'enroulement est tour ou vague, définit le nombre de chemins parallèles dont vous disposez, et donc si votre machine est naturellement une courant élevé/basse tension bête ou un faible courant/haute tension un.
  
• Règle empirique:
  
  • Simplex tour enroulement → (Yc=±1) (extrémités de la bobine sur adjacent segments)
    
  • Simplex vague enroulement → (Yc) est approximativement deux pas de pôle en termes de segments de commutateur (un grand saut autour du commutateur).
    

Zoom arrière : armature, fentes, bobines et emplacement du pas

À l'intérieur d'une machine à courant continu, l'induit n'a rien de magique : il s'agit simplement d'un enchevêtrement de cuivre soigneusement organisé. Il comporte des encoches dans le fer, des bobines placées dans ces encoches et un commutateur qui “ échantillonne ” ces bobines. Pour obtenir un enroulement correct, tous les différents “ pas ” doivent coopérer : les encoches doivent s'aligner avec les pôles, et les segments du commutateur doivent s'aligner avec les connexions des bobines de manière à se fermer proprement sur eux-mêmes.

Pour un enroulement à double couche, il y a deux côtés de bobine par fente ; l'un est “ supérieur ”, l'autre “ inférieur ”. La distance entre les côtés d'une bobine donnée — le portée de bobine—est généralement choisi pour être à peu près égal à la pas de pôle, c'est-à-dire le nombre d'emplacements par pôle, de sorte que chaque côté de la bobine se trouve sous des pôles magnétiques opposés et que les champs électromagnétiques induits s'additionnent au lieu de s'annuler. 

Tous les termes techniques réunis au même endroit (sans jargon technique)

• Pas des poteaux
  Distance entre deux pôles adjacents, exprimée en fentes ou en conducteurs. En fentes,
  Pas de mât ≈ S/P
  où (S) = nombre de fentes, (P) = nombre de pôles.
  
• Pas de bobine / portée de bobine (Ys)
  Distance entre les deux côtés d'une bobine. A bobine à pas complet a un pas de bobine ≈ pas de pôle ; a bobine à pas fractionnaire a une portée plus petite afin de réduire certaines harmoniques.
  
• Pente arrière (Yb)
  Distance (en conducteurs ou en fentes) entre le premier et le dernier conducteur d'une bobine, mesurée sur le retour de l'armature (l'extrémité sans commutateur). C'est essentiellement la même chose que la longueur de bobine.
  
• Pente avant (Yf)
  Distance entre le deuxième conducteur d'une bobine et le premier conducteur de la bobine suivante, mesurée au niveau de extrémité du commutateur de l'armature (la “ face avant ”). Ces deux côtés de la bobine sont connectés au même segment de commutateur.
  
• Pente résultante (Yr)
  Distance entre le début d'une bobine et le début de la bobine suivante à laquelle elle est connectée. Il s'agit davantage d'une quantité comptable lors du dessin des schémas d'enroulement.
  
• Pas du commutateur (Yc)
  • Mesuré en segments de commutateur, pas des machines à sous.
    
  • Pour l'enroulement à pas : (Yc = Yb – Yf).
    
  • Pour l'enroulement ondulé : (Yc = Yb + Yf).
    

La définition formelle (avec des formules, mais conviviale)

Au niveau purement théorique, pas du commutateur est :

“ Le nombre de segments de commutateur entre les segments auxquels les deux extrémités d'une bobine sont connectées. ” 

Dans un armature à double couche avec des fentes (S) et des pôles (P) :

• Portée de la bobine est généralement
  Ys≈P/S
  assurer une séparation électrique d'environ 180° entre les deux côtés d'une bobine.
  
• Chaque emplacement contient deux côtés provenant de deux bobines différentes, de sorte que le le nombre de bobines est égal au nombre de fentes; le nombre de segments du commutateur est également égal au nombre de bobines.
  

Dans cette optique :

• Enroulement simplex
  
  • Les extrémités d'une bobine vont vers segments consécutifs du commutateur.
    
  • Mathématiquement :
    Yc = +1 (Tour progressif) Yc = −1 (Tour rétrograde)
    
  • Ce n'est pas une approximation ; pour un tour simple, (Yc=±1) toujours.
    
• Enroulement à onde simplex (double couche)
  
  • Les extrémités des bobines atterrissent sur des segments approximatifs deux pôles espacés en termes de segments.
    
  • Sous forme de formule :
    Yc =2S/P±1
    où (S) = fentes (≈ segments du commutateur).
    
  • Le signe exact (+/-) donne un enroulement progressif ou rétrograde de la vague.
    
• Dans de nombreuses notes de conception, vous verrez également des formules d'enroulement ondulatoire écrites sous la forme
  Yc=P/2C±1
  ce qui correspond à la même idée exprimée directement à l'aide de barres commutateurs.
  

Le point essentiel à retenir : tour = petit pas du commutateur (±1), vague = grand pas (≈ deux pas de poteau) qui fait “ onduler ” les conducteurs sous les paires de poteaux successives.

Exemple pratique : calculer (Yc) étape par étape

• Étape 1 – Choisissez une machine simple
  Supposons que nous ayons un Machine à courant continu à 4 pôles avec 24 emplacements, enroulement à double couche. Donc :
  
  • (P = 4), (S = 24)
    
  • Nombre de bobines = 24
    
  • Nombre de segments du commutateur = 24 (un par bobine).
    
• Étape 2 – Portée de la bobine / pas des pôles
  Pas des pôles dans les fentes :
  Pas de pôle = S/P = 24/4 = 6 fentes
  Pour une bobine à pas complet (Ys = 6), les fentes sont disposées de manière alternée. Ainsi, si un côté se trouve dans la fente 1 (en haut), l'autre se trouve dans la fente 7 (en bas).
  
• Étape 3 – Enroulement simplex : trouver (Yc)
  
  • Par définition du tour simplex,
    Yc = +1 (progressif)
    
  • La bobine (1–7′) peut être connectée aux barres du commutateur 1 et 2.
    
  • La bobine suivante dans la séquence relie 2-3, puis 3-4, et ainsi de suite : l'enroulement tours de retard sous chaque poteau, offrant ainsi plusieurs chemins parallèles.
    
• Étape 4 – Enroulement simplex : trouver (Yc)
  
  • Utilisez la formule suivante :
    Yc = 2S/P +/- 1 = (2 * 24)/4 +/- 1 = 12 +/- 1
    
  • Donc (Yc = 11) (progressif) ou (13) (rétrograde). Les deux sont des nombres entiers, donc les deux sont des candidats valables.
    
  • Si nous choisissons (Yc = 11), cela signifie que la deuxième extrémité de chaque bobine est à 11 segments de la première, autour du commutateur. En suivant la connexion autour de l'induit, vous verrez l'enroulement “ onduler ” à travers toutes les paires de pôles avant de se refermer.
    
• Étape 5 – Contrôles de cohérence
  
  • (Yc) est un entier — toujours nécessaire, car vous ne pouvez pas vous connecter à “ la moitié d'un segment ”.
    
  • Le circuit se referme sur lui-même après avoir parcouru toutes les boucles exactement une fois (sans boucles séparées). Si ce n'est pas le cas, votre choix (Yc) est erronée ou incompatible avec (S) et (P).
    

Comment le pas du commutateur façonne les enroulements à spires et à ondes

La raison pour laquelle les enseignants sont obsédés par le pas du commutateur est qu'il contrôle discrètement le personnalité électrique de la machine. Un petit pas (lap) produit de nombreux chemins parallèles ; un grand pas (wave) ne produit que deux chemins qui serpentent à travers tous les pôles. Cela affecte directement la capacité de tension et de courant, et donc l'endroit où chaque type d'enroulement est utilisé. 

Voici un comparatif concis que vous pouvez garder à portée de main :

Une fois que vous voyez ce tableau, (Yc) cesse d'être un nombre aléatoire et devient un élément de conception : changement (Yc), et vous modifiez complètement le caractère de l'armature..

Règles empiriques pour choisir ou vérifier le pas du commutateur

• Gardez les bobines à pleine hauteur, sauf si vous délibérément vouloir un pas fractionnaire
  Les pas avant et arrière sont généralement choisis proches du pas du pôle afin que la bobine bénéficie d'un flux maximal ; les pas fractionnaires sont principalement utilisés pour le contrôle des harmoniques.
  
• Pour les tours simples, n“” inventez » pas de valeurs Yc.
  Si un problème ou une conception mentionne “ enroulement simplex ”, la réponse correcte pour le pas du commutateur est toujours (+1) ou (-1). Toute autre réponse signifie que vous n'êtes plus en présence d'un enroulement simplex.
  
• Pour une onde simplex, pensez à “ deux pas de pôle ”, puis corrigez le calcul.
  Commencez par (Yc ≈ 2S/P). Ajustez avec ±1 jusqu'à obtenir un nombre entier qui fonctionne réellement dans votre schéma de bobinage.
  
• Assurez-vous (Yc) est un nombre entier et donne un enroulement fermé
  Parce que (Yc) compte les segments, les valeurs fractionnaires sont impossibles dans la pratique ; si l'algèbre simple vous donne 11,5, cela signifie que le nombre de fentes ou de pôles que vous avez choisi est incompatible avec ce type d'enroulement ondulatoire.
  
• Souvenez-vous du plex
  Dans enroulements multiplexés, (Yc) est égal au “ plex ” (1 pour simplex, 2 pour duplex, etc.), donc plus grand (Yc) signifie également davantage de chemins parallèles dans les enroulements de spires.
  

Comment le pas du commutateur se manifeste dans les performances et les tests

Lorsque vous examinez des machines à courant continu réelles, le pas du commutateur apparaît à des endroits qui ne mentionnent pas explicitement le terme “ pas ” dans la fiche technique. Le nombre de chemins parallèles (A) dans l'induit, qui dépend du type d'enroulement (et donc (Yc)), apparaît directement dans l'équation classique du CEM :

E = (PZ / 2A) φ ω_m

où (P) = pôles, (Z) = conducteurs totaux, (φ) = flux par pôle, (ω_m) = vitesse mécanique.

Une machine à bobinage à la main (avec (A = P)) produit naturellement tension plus faible mais capacité de courant plus élevée qu'une machine à enroulement ondulé avec les mêmes (P, Z, φ, ω_m) mais (A = 2). Ce n'est pas une coïncidence ; c'est la conséquence directe du pas du commutateur qui détermine la manière dont les conducteurs sont regroupés en chemins. 

Ainsi, lorsque vous travaillez dans un laboratoire et que vous voyez un gros générateur à courant continu avec des fils d'induit épais et une tension terminale relativement faible, il y a de fortes chances que son (Yc) dit tranquillement au créateur : “ Faites-moi un tour de taille. ”

Dépannage et “ intuition ” pour un mauvais pas du commutateur

• Le mécanisme d'enroulement ne se ferme pas correctement
  Si vous partez d'une bobine et, en suivant la règle de connexion implicite dans votre (Yc), soit sauter quelques spires, soit revenir plus tôt au début, le pas du commutateur que vous avez choisi est incompatible avec (S) et (P).
  
• Courants de balais inégaux sur une machine par ailleurs symétrique
  Pour une machine qui devrait être parfaitement symétrique, des courants de balais anormaux peuvent être le signe de connexions incorrectes, souvent attribuables à un nombre de sauts incorrect dans le commutateur (c'est-à-dire un nombre incorrect (Yc)).
  
• Étincelles persistantes même après le positionnement et le nettoyage des balais
  Si les balais sont correctement positionnés sur le plan de commutation et que la surface du commutateur est en bon état, mais que des étincelles persistent, il faut soupçonner des bobines mal connectées ou des connexions d'égaliseur défectueuses (là encore liées à la façon dont les bobines se posent sur les segments).
  
• “ Points morts ” dans une armature reconstruite ou rebobinée
  Si quelqu'un a rembobiné un moteur et choisi un pas incorrect autour du commutateur, le rotor peut se retrouver dans des positions où aucun couple efficace n'est produit, ce qui est un symptôme pratique d'un mauvais pas du commutateur.
  

Conclusion : comment faire propre pas du commutateur

Si vous ne retenez que trois choses de cet article :

1. Concept – Pas du commutateur (Yc) correspond simplement au “ nombre de segments de commutateur qui séparent les deux extrémités d'une bobine ”.”
   
2. Tour contre vague – Tour : (Yc = ± 1), plusieurs chemins parallèles. Vague : (Yc ≈ 2S/P), toujours deux chemins parallèles.
   
3. Esprit de conception – Une fois que vous avez choisi type de machine → type d'enroulement → (Yc), vous vous êtes engagé à utiliser une certaine tension/intensité. Tout le reste (slots, barres, corrections de hauteur) sert à rendre ce choix physiquement cohérent.