Neste artigo gostaríamos de desmistificar o conceito de comutação em máquinas DC e esclarecer seus princípios e mecanismos fundamentais. Examinaremos a complexa interação entre escovas, bobinas da armadura e comutador, que é crucial para o fluxo adequado da corrente e a reversão de direção. Além disso, abordaremos os desafios e considerações associados à comutação, incluindo desgaste das escovas, faíscas e os efeitos de diversas condições operacionais.
Comunicações em DC maquinaria
A tensão gerada na bobina (armadura) de um gerador DC, colocado em um fluxo magnético fortemente rotativo, geralmente flutua. A comutação na máquina CC ou mais precisamente a comutação no gerador CC é o processo no qual os enrolamentos da bobina da armadura CA gerados de uma máquina CC são convertidos em corrente CC pelo comutador e pelas escovas estacionárias.
Comutação em motores DC
Gerenciar contatos móveis
Durante esta conversão de corrente da bobina rotativa de uma máquina CC para as escovas estacionárias, devem ser mantidos contatos em constante movimento entre o segmento do comutador e a escova.
Processo de comutação em máquinas DC
Assim que a armadura começa a girar, as bobinas giram sob um pólo (pólo N) entre uma escova positiva e uma negativa, e a corrente elétrica flui através desta bobina em uma direção diferente daquela dentro do segmento do comutador. Agora a bobina é curto-circuitada usando uma escova por uma pequena fração de tempo (1/500 seg.). Isso é chamado de período de comutação. Durante este curto-circuito, a bobina da armadura gira sob o pólo S e entre uma escova negativa e a escova positiva subsequente. Agora a direção é invertida na direção oposta aos segmentos do comutador. Este desenvolvimento da reversão da corrente é chamado de processo de comutação. Obtemos energia da conexão da escova.
Qualidade de comutação
A comutação é considerada ótima quando o método de comutação ou reversão de corrente é concluído ao final do período de curto-circuito ou intervalo de comutação. Suponha que a reversão atual seja concluída durante todo o tempo de tangência. Neste caso, ocorrem faíscas nos contatos da escova e a superfície do comutador é danificada devido ao aquecimento e a máquina é considerada mal comutada.
Comutação na armadura enrolada em anel
Considere uma máquina DC com armadura enrolada com enrolamento de anel para o método de comutação. Consideremos adicionalmente que a largura da haste comutada é igual à largura da escova e a corrente que flui através do condutor é IC.
Movimento da escova e fluxo de corrente
A escova pode mover-se da direita para a esquerda enquanto o comutador se move da esquerda para a direita.
As escovas conectadas à lâmina do comutador B são mostradas na posição inicial na Fig. Então a corrente total conduzida da barra do comutador B para a escova é 2IC.
Quando a armadura começa a manobrar pouco antes da escova fazer contato com a haste A, a corrente da armadura flui através de 2 vias e das hastes A e B (como mostrado na Fig. B). A corrente total (2IC) permanece absorvido pela escova.
Conclusão da comutação
Características de comutação em máquinas de corrente contínua
Aqui estão algumas características de comutação em máquinas DC;
Reversão atual
Durante a comutação, a direção da corrente dentro dos enrolamentos da armadura de uma máquina CC é invertida. Isso garante rotação contínua e geração eficiente de energia ou operação do motor.
Comutador segmentado
O comutador, feito de lamelas de cobre, é um componente essencial na comutação. Permite a transferência de corrente entre a armadura rotativa e as escovas estacionárias.
Material e design do pincel
As escovas, geralmente feitas de carbono ou grafite, entram em contato com os segmentos do comutador. A escolha do material e do design da escova é crucial para uma comutação eficaz, garantindo boa condutividade elétrica, baixo atrito e durabilidade.
Tempo e sincronização
Para uma comutação eficiente, o tempo e a sincronização adequados entre os segmentos rotativos do comutador e as escovas estacionárias são essenciais. As escovas devem tocar imediatamente os segmentos do comutador para comutar o fluxo de corrente.
Faíscas e arco voltaico
A comutação inadequada pode causar faíscas e arcos nas escovas. Faíscas excessivas podem resultar em danos às escovas e ao comutador, redução da eficiência e ruído elétrico. Minimizar as faíscas é fundamental para um desempenho ideal.
Comutação mecânica e eletrônica
As máquinas DC usam comutação mecânica ou eletrônica. A comutação mecânica utiliza escovas e um comutador, enquanto a comutação eletrônica substitui as escovas por dispositivos semicondutores, como transistores ou tiristores, para melhorar a confiabilidade e o controle.
Restrições de comutação
Devido à comutação, as máquinas DC apresentam certas limitações, por exemplo, em termos de velocidade e capacidade de transporte de corrente. Velocidades mais altas e correntes maiores podem exigir técnicas avançadas de comutação e considerações de projeto para garantir uma operação confiável.
Influência da carga e reação da ancoragem
Mudanças na carga e na resposta da armadura podem afetar a comutação. Variações nas condições de carga podem afetar o tempo e a qualidade da comutação, exigindo ajustes e medidas de compensação.
Manutenção e desgaste das escovas
A comutação em máquinas DC está sujeita a desgaste, que afeta principalmente as escovas e o comutador. A manutenção regular e o monitoramento da condição das escovas são essenciais para manter uma comutação eficaz e prolongar a vida útil da máquina.
Eficiência e perda de energia
A comutação eficaz contribui para a eficiência geral das máquinas DC. A comutação inadequada pode resultar em perda de energia, eficiência reduzida e desempenho abaixo do ideal, destacando a importância de compreender e otimizar esse processo.
Compreender as características de comutação em máquinas DC é crucial para engenheiros, técnicos e entusiastas que trabalham com estas máquinas. Ao compreender os princípios e fatores que afetam a comutação, é possível otimizar o desempenho, mitigar problemas como faíscas e desgaste e garantir a confiabilidade das máquinas CC em diversas aplicações.
