En este artículo nos gustaría desmitificar el concepto de conmutación en máquinas de CC y aclarar sus principios y mecanismos fundamentales. Examinaremos la interacción compleja entre las escobillas, las bobinas del inducido y el conmutador, que es crucial para el flujo de corriente adecuado y la inversión de dirección. Además, cubriremos los desafíos y consideraciones asociados con la conmutación, incluido el desgaste de las escobillas, las chispas y los efectos de diversas condiciones operativas.
Comunicaciones en maquinaria DC
El voltaje generado en la bobina (inducido) de un generador de CC, colocado en un flujo magnético fuertemente giratorio, generalmente fluctúa. La conmutación de la máquina de CC o, más precisamente, la conmutación del generador de CC es el proceso en el que el conmutador y las escobillas estacionarias convierten los devanados de la bobina del inducido de CA generados por una máquina de CC en corriente CC.
Conmutación en motores DC
Administrar contactos móviles
Durante esta conversión de corriente desde la bobina giratoria de una máquina de CC a las escobillas estacionarias, se deben mantener contactos en constante movimiento entre el segmento del conmutador y la escobillas.
Proceso de conmutación en máquinas DC
Tan pronto como la armadura comienza a girar, las bobinas giran bajo un polo (polo N) entre una escobilla positiva y una negativa, y la corriente eléctrica fluye a través de esta bobina en una dirección diferente a la del segmento del conmutador. Ahora se cortocircuita la bobina con un cepillo durante una pequeña fracción de tiempo (1/500 s). A esto se le llama período de conmutación. Durante este cortocircuito, la bobina del inducido gira debajo del polo S y entre una escobilla negativa y la escobilla positiva posterior. Ahora la dirección se invierte en dirección opuesta a los segmentos del conmutador. Este desarrollo de la inversión actual se llama proceso de conmutación. Obtenemos energía de la conexión del cepillo.
Calidad de conmutación
La conmutación se considera óptima cuando el método de conmutación o inversión de corriente se completa al final del período de cortocircuito o intervalo de conmutación. Supongamos que la inversión actual se completa durante todo el tiempo tangente. En este caso, se producen chispas en los contactos de las escobillas y la superficie del conmutador se daña debido al calentamiento y se dice que la máquina está mal conmutada.
Conmutación en armadura devanada en anillo.
Considere una máquina de CC con bobinado de armadura y devanado en anillo para el método de conmutación. Consideremos además que el ancho de la varilla conmutada es igual al ancho de la escobilla y la corriente que fluye a través del conductor es I C .
Movimiento del cepillo y flujo de corriente.
El cepillo puede moverse de derecha a izquierda mientras el conmutador se mueve de izquierda a derecha.
Las escobillas conectadas a la paleta B del conmutador se muestran en la posición inicial en la Fig. Entonces, la corriente total conducida desde la barra B del conmutador a la escobilla es 2I C.
Cuando la armadura comienza a maniobrar justo antes de que la escobilla haga contacto con la varilla A, la corriente de la armadura fluye a través de 2 caminos y las varillas A y B (como se muestra en la Fig. B). La corriente total (2I C ) queda absorbida por el cepillo.
Finalización del cambio
Características de conmutación en máquinas de corriente continua.
A continuación se muestran algunas características de conmutación en máquinas de CC;
Reversión actual
Durante la conmutación, se invierte la dirección de la corriente dentro de los devanados del inducido de una máquina de CC. Esto garantiza una rotación continua y una generación de energía eficiente o un funcionamiento del motor.
interruptor segmentado
El conmutador, fabricado con láminas de cobre, es un componente esencial en la conmutación. Permite la transferencia de corriente entre la armadura giratoria y las escobillas estacionarias.
Material y diseño del pincel.
Las escobillas, normalmente de carbono o grafito, entran en contacto con los segmentos del conmutador. La elección del material y el diseño de las escobillas es crucial para una conmutación efectiva, asegurando una buena conductividad eléctrica, baja fricción y durabilidad.
Tiempo y sincronización
Para una conmutación eficiente, son esenciales la temporización y sincronización adecuadas entre los segmentos giratorios del conmutador y las escobillas estacionarias. Las escobillas deben tocar inmediatamente los segmentos del conmutador para cambiar el flujo de corriente.
Chispas y arcos
Una conmutación inadecuada puede provocar chispas y formación de arcos en las escobillas. El exceso de chispas puede provocar daños en las escobillas y el conmutador, reducción de la eficiencia y ruido eléctrico. Minimizar las chispas es fundamental para un rendimiento óptimo.
Conmutación mecánica y electrónica.
Las máquinas de CC utilizan conmutación mecánica o electrónica. La conmutación mecánica utiliza escobillas y un conmutador, mientras que la conmutación electrónica reemplaza las escobillas con dispositivos semiconductores como transistores o tiristores para mejorar la confiabilidad y el control.
Restricciones de cambio
Debido a la conmutación, las máquinas de CC tienen ciertas limitaciones, por ejemplo en términos de velocidad y capacidad de transporte de corriente. Velocidades y corrientes más altas pueden requerir técnicas de conmutación avanzadas y consideraciones de diseño para garantizar un funcionamiento confiable.
Influencia de la carga y reacción de anclaje.
Los cambios en la carga y la respuesta de la armadura pueden afectar la conmutación. Las variaciones en las condiciones de carga pueden afectar el tiempo y la calidad de la conmutación, lo que requiere ajustes y medidas de compensación.
Mantenimiento y desgaste del cepillo.
La conmutación en las máquinas de corriente continua está sujeta a desgaste, que afecta principalmente a las escobillas y al conmutador. El mantenimiento regular y la supervisión del estado de las escobillas son esenciales para mantener una conmutación eficaz y prolongar la vida útil de la máquina.
Eficiencia y pérdida de energía.
La conmutación eficaz contribuye a la eficiencia general de las máquinas de CC. Una conmutación inadecuada puede provocar una pérdida de energía, una eficiencia reducida y un rendimiento subóptimo, lo que resalta la importancia de comprender y optimizar este proceso.
Comprender las características de conmutación de las máquinas de CC es fundamental para los ingenieros, técnicos y entusiastas que trabajan con estas máquinas. Al comprender los principios y factores que afectan la conmutación, puede optimizar el rendimiento, mitigar problemas como chispas y desgaste y garantizar la confiabilidad de las máquinas de CC en una variedad de aplicaciones.