Che cos'è un commutatore in un motore a corrente continua?
A commutatore in un motore a corrente continua è l'anello conduttore segmentato fissato all'armatura. Le spazzole si muovono sulla sua superficie. Quando il rotore gira, l'anello segmentato commuta le bobine dell'indotto attraverso l'alimentazione in c.c. nella sequenza corretta, in modo che il motore continui a produrre coppia in una direzione invece di cercare di fermarsi e invertire la rotta. Vale anche la pena di dirlo chiaramente: questo vale per Motori DC spazzolati. I motori CC senza spazzole spostano lo stesso lavoro di fasatura nell'elettronica, quindi non c'è un commutatore meccanico.
Nelle macchine reali, il commutatore non è solo un “interruttore inverso”. È la superficie di contatto temporizzata tra un percorso di alimentazione stazionario e un gruppo di avvolgimenti rotanti. Durante il funzionamento, una spazzola fa brevemente da ponte tra barre adiacenti, una bobina entra in una intervallo di commutazione, Se la bobina viene momentaneamente messa in cortocircuito, la sua corrente decade e poi si inverte quando la spazzola lascia il segmento. Le macchine di piccole dimensioni di solito convivono con questa commutazione resistiva. Le macchine più grandi hanno spesso bisogno di un aiuto supplementare, come gli interpoli, perché la commutazione semplice inizia a scintillare troppo sotto carico.
Indice
La parte stessa, non il disegno semplificato
In termini di fabbrica, il commutatore di un motore CC viene solitamente costruito da segmenti multipli in rame disposti intorno al rotore e isolati tra loro. Questi segmenti si collegano agli avvolgimenti dell'indotto. Le spazzole, tipicamente a base di carbonio nelle macchine moderne, premono contro la superficie rotante e trasferiscono la corrente nelle barre corrette mentre il rotore si muove. Il rame conduce. Il carbonio sopravvive meglio al contatto strisciante. Questo compromesso è la storia completa, o quasi.
L'isolamento tra le barre è più importante di quanto molti acquirenti si aspettino. Nelle macchine più grandi è spesso a base di mica e in alcune costruzioni stampate può far parte della struttura isolante formata. Se l'isolamento si trova troppo in alto, è mal tagliato o raccoglie detriti tra le barre, la spazzola smette di tracciare in modo pulito. A questo punto iniziano i problemi: vibrazioni, contatto instabile, perdite da una barra all'altra, maggiori archi elettrici, usura più rapida. All'inizio non è drammatico. Poi, però, il costo è elevato.
Come il commutatore fa girare il motore
Un motore a spazzole in c.c. ha bisogno di reindirizzare la corrente di armatura al variare della posizione del rotore. Nella semplice spiegazione a due poli, ciò avviene ogni mezzo giro. In un'armatura segmentata pratica, ciò avviene bobina per bobina quando ogni coppia di barre passa sotto la spazzola. Questo è il motivo per cui il commutatore ha dei segmenti invece di un anello continuo. Un anello continuo trasferirebbe la potenza. Un anello segmentato trasferisce la potenza e commutazione. Un lavoro diverso.
Questo è anche il motivo per cui i commutatori sono sempre un compromesso. I motori a spazzole in c.c. possono essere facilmente pilotati da un'alimentazione in c.c. e consentono un controllo semplice della velocità. Ma lo stesso contatto scorrevole aggiunge attrito, polvere di spazzole, caduta di contatto, usura e rumore elettrico. Il commutatore è quindi il motivo per cui il motore funziona e, spesso, il primo elemento di manutenzione che ne limita la durata.
Cosa osserviamo per prima cosa durante l'ispezione del commutatore
La tabella che segue è la versione breve di ciò che effettivamente decide se un commutatore funziona in modo pulito o mangia le spazzole.
| Punto di ispezione | Perché è importante | Come si presenta di solito il fallimento |
|---|---|---|
| Superficie della barra di rame | Porta il contatto a spazzola e il trasferimento di corrente | Pitting, bruciature, tracciamento ruvido, pellicola non uniforme |
| Isolamento da barra a barra | Impedisce perdite e cortocircuiti tra i segmenti | Tracciamento del carbonio, contaminazione delle fessure, rischio di incendio ad anello |
| Qualità della mica sottocutanea | Le spazzole si appoggiano sul rame e non sull'isolante rialzato. | Vibrazioni, scintille, rumore di spazzole |
| Rotondità e altezza della barra | Mantiene stabile il contatto con la spazzola in velocità | Barre alte, punti piatti, spazzole rotte, archi elettrici |
| Pressione della molla e libertà delle spazzole | Mantiene sotto controllo la densità di corrente e la caduta dei contatti | Spazzole calde, usura irregolare, commutazione insufficiente |
| Collegamento bobina-barra | Fornisce la corrente di armatura alla coppia di segmenti corretta | Bruciatura locale, archi ripetuti sulle stesse barre |
Non si tratta di casi limite teorici. Mica elevata, bave di rame dopo il taglio, fessure piene di sporcizia, commutatori fuori asse, pressione errata delle molle, portaspazzole vincolati, sovraccarichi e difetti di avvolgimento sono tutte cause accertate di archi di spazzole e di rapida usura.
Perché i commutatori fanno scintille
Alcune scintille su un commutatore spazzolato fanno parte dell'evento di commutazione. Una scintilla eccessiva non lo è.
Le cause abituali sono noiose, il che è utile. Scarso contatto con le spazzole. Usura della spazzola. Pressione della molla non uniforme. Portaoggetti posizionati troppo lontano dalla superficie. Mica alta. Bave lasciate nelle fessure. Sporco o olio sulla pista. Commutatore eccentrico. Barre alte. Oscillazioni del carico che spingono la corrente troppo in là. Guasti all'indotto, ai montanti o agli interpoli. Una volta che il contatto diventa instabile, l'energia induttiva nell'avvolgimento fa il resto e si iniziano a vedere pitting, annerimento, calore localizzato e rapido consumo delle spazzole.
C'è un altro schema che sfugge agli acquirenti. Un commutatore può sembrare accettabile a riposo e guastarsi solo in velocità. Una barra può sollevare la spazzola quanto basta per rompere il contatto sotto carico operativo. Oppure l'indotto può essere rotondo a freddo e non rimanere tale a caldo. Ecco perché l'aspetto statico da solo non è sufficiente per ottenere l'omologazione su cicli di lavoro intensivi.
Cosa ci dice il commutatore sulla qualità del motore
Quando valutiamo un motore a spazzole, il commutatore dice molto rapidamente.
Un film di scorrimento marrone stabile, una sede uniforme delle spazzole, fessure pulite, un colore uniforme della superficie della barra e nessuna bruciatura localizzata indicano solitamente una geometria corretta e una ripartizione equilibrata della corrente. Danni ripetuti sulle stesse barre indicano altri fattori: collegamento dell'avvolgimento, altezza della barra, forza della molla, allineamento del supporto o contaminazione. Il commutatore non è solo un componente. È una registrazione di ciò che ha fatto l'intero motore.
Per l'approvvigionamento, questo aspetto è importante. Un commutatore a basso costo può superare un test di rotazione di base e poi fallire perché la geometria della barra, la finitura dell'isolamento, la concentricità o le condizioni della scanalatura erano marginali fin dall'inizio. Ecco perché un lavoro serio sui commutatori non riguarda solo la qualità del rame. Si tratta del controllo dimensionale, della finitura delle scanalature, della tenuta dell'assemblaggio, del bilanciamento e del comportamento del sistema di spazzole quando la corrente è reale e la velocità è reale.
Un'altra cosa che gli acquirenti chiedono spesso: commutatore o collettore rotante.
Non sono intercambiabili.
A anello di contatto è continuo. Il suo compito è quello di mantenere un percorso elettrico all'interno di una parte rotante senza commutare il percorso della corrente da un segmento all'altro. A commutatore è segmentato di proposito in modo da poter reindirizzare la corrente nell'armatura al variare della posizione del rotore. Se l'applicazione richiede un'inversione temporizzata in un'armatura CC spazzolata, un collettore rotante non sostituisce un commutatore.
Domande frequenti
1. Qual è la funzione principale di un commutatore in un motore a corrente continua?
La sua funzione principale è quella di commutare la corrente di armatura nella giusta posizione del rotore, in modo che il motore continui a produrre una coppia unidirezionale da un'alimentazione in corrente continua. Nelle macchine pratiche, la commutazione avviene segmento per segmento attraverso l'area di contatto delle spazzole.
2. Tutti i motori CC hanno un commutatore?
No. Motori CC spazzolati utilizzare un commutatore meccanico e spazzole. Motori DC senza spazzole eseguono la commutazione elettronicamente, quindi non utilizzano un commutatore.
3. Perché i commutatori sono realizzati con segmenti di rame e isolamento tra di essi?
I segmenti di rame trasportano la corrente in modo efficiente, mentre l'isolamento mantiene le barre adiacenti elettricamente separate, in modo che la spazzola possa passare da un segmento all'altro senza cortocircuiti tra barre. In molte macchine più grandi, la mica rimane un materiale isolante comune tra i segmenti.
4. Perché il commutatore si usura?
Perché si tratta di un'interfaccia elettrica scorrevole. La spazzola sfrega sulla superficie di rame, creando attrito, calore, polvere ed erosione del contatto. L'arco elettrico durante una cattiva commutazione accelera questo fenomeno. L'usura è quindi integrata nel progetto; la questione è quanto sia controllata.
5. Quali sono i primi segni di un commutatore difettoso?
Cercate scintille eccessive, barre annerite o bruciate, pitting, finitura superficiale ruvida, mica elevata, contaminazione delle fessure, spazzole calde e modelli di usura irregolari. Le superfici fuori asse e le barre alte sono cause comuni alla base di questi segni visibili.
6. È possibile riparare un commutatore danneggiato?
A volte sì. I commutatori industriali di grandi dimensioni possono essere rielaborati, sottosquadrati o sostituiti con segmenti danneggiati. I piccoli commutatori stampati nei motori a basso costo sono spesso trattati come parti non riparabili e sostituiti con l'indotto o il motore stesso.
7. Un commutatore è la stessa cosa di un anello diviso?
Nell'insegnamento di base dei motori, sì, il commutatore semplice è spesso descritto come uno split ring. Nei motori di produzione reale, il componente è di solito un anello diviso. commutatore multi-segmento, Non solo due metà, perché le armature reali necessitano di una commutazione a stadi su molte bobine.
8. Cosa dovrebbe chiedere un acquirente a un fornitore di commutatori?
Chiedete informazioni sulla concentricità dei segmenti, sulla coerenza dell'altezza delle barre, sulla qualità dell'isolamento, sulle condizioni di sottosquadro, sulla pulizia delle scanalature, sull'integrità della giunzione bobina-barra e sul comportamento dell'assieme in condizioni di velocità e carico. Questi sono i dettagli più direttamente legati all'arco elettrico, alla durata delle spazzole e all'affidabilità sul campo.
