Warum wird in Gleichstrommaschinen ein Kommutator eingesetzt?

A Kommutatorwird aus mehreren wichtigen Gründen in Gleichstrommaschinen (Gleichstrommaschinen) wie Gleichstrommotoren und Gleichstromgeneratoren eingesetzt:

Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom: Bei Gleichstromgeneratoren dient der Kommutator dazu, den in den Ankerwicklungen induzierten Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln. Während sich der Anker im Magnetfeld dreht, kehrt der Kommutator zum richtigen Zeitpunkt die Stromrichtung in jeder Ankerspule um und stellt so sicher, dass der erzeugte Ausgangsstrom gleichmäßig in eine Richtung fließt.

Aufrechterhaltung der Stromrichtung: Bei Gleichstrommotoren sorgt der Kommutator dafür, dass die Stromrichtung durch die Ankerwicklungen konstant bleibt, während sich der Rotor im Magnetfeld dreht. Dieser unidirektionale Stromfluss erzeugt ein kontinuierliches Drehmoment, das die Drehung des Motors antreibt.

Drehmomenterzeugung: Durch periodische Umkehr der Stromrichtung in den Ankerwicklungen erzeugt der Kommutator bei Gleichstrommotoren ein konstantes Drehmoment. Dieses Drehmoment ermöglicht es dem Motor, Trägheit und externe Lasten zu überwinden, was zu einer gleichmäßigen und kontinuierlichen Drehung führt.

Vermeidung von Ankerkurzschlüssen: Die voneinander isolierten Kommutatorsegmente verhindern Kurzschlüsse zwischen benachbarten Ankerspulen. Während sich der Kommutator dreht, stellt er sicher, dass jede Ankerspule über die Bürsten elektrischen Kontakt mit dem externen Stromkreis aufrechterhält, während der Kontakt mit benachbarten Spulen vermieden wird.

Steuerung von Drehzahl und Drehmoment: Das Design des Kommutators ermöglicht zusammen mit der Anzahl der Segmente und der Wicklungskonfiguration die Steuerung der Drehzahl- und Drehmomenteigenschaften von Gleichstrommaschinen. Durch Variation von Faktoren wie der angelegten Spannung und der Stärke des Magnetfelds können Bediener die Drehzahl und die Drehmomentabgabe des Motors oder Generators an spezifische Anforderungen anpassen.

Insgesamt ist dieKommutatorspielt eine entscheidende Rolle beim Betrieb von Gleichstrommaschinen, indem es die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie (in Motoren) oder umgekehrt (in Generatoren) erleichtert und gleichzeitig zuverlässige elektrische Verbindungen sowie die Kontrolle über Richtung und Größe des Stromflusses aufrechterhält.