Un commutatore è una parte essenziale di una macchina DC e si comporta come un interruttore di inversione.
Nel caso di un generatore DC, il commutatore viene utilizzato per convertire la corrente alternata (AC) in corrente continua (DC).
Nel caso di un motore CC, viene utilizzato per invertire la corrente disponibile dall'alimentazione CC e aiuta a mantenere la coppia unidirezionale.
Il collettore è costituito da fili di rame trafilato a forma di cuneo. (Il filo trafilato significa che il filo è trafilato in modo tale da fornire più resistenza alla macchina.)
Viene utilizzato nelle macchine a corrente continua (motore a corrente continua, generatore a corrente continua, dinamo) e motori universali.
Generalmente viene utilizzato insieme alle spazzole. E le spazzole sono parti fisse e il collettore è una parte rotante.
Ruolo del commutatore
Il commutatore collega il circuito dell'indotto rotante al circuito stazionario.
Come sappiamo, l'armatura è una parte rotante. E il carico o la sorgente collegati alla macchina CC devono essere collegati ai terminali fissi.
Quindi, il commutatore e le spazzole aiutano a collegare i conduttori dell'indotto rotante ai terminali fissi.
Un generatore CC converte l'ingresso meccanico nell'uscita elettrica in corrente continua (CC). Se una bobina ruota in un campo magnetico, genererà una corrente alternata. Pertanto, il commutatore converte la corrente alternata in corrente continua.
Una sorgente CC alimenta un motore CC. L'alimentazione CC entra nella macchina tramite spazzola e collettore. E il commutatore applica corrente elettrica all'avvolgimento dell'indotto. Ad ogni mezzo giro, inverte la direzione della corrente nell'avvolgimento rotante. E aiuta a produrre una forza di rotazione costante.
Come funziona il commutatore nel generatore CC?
Per comprendere il funzionamento di un commutatore, prendiamo un esempio di un singolo anello.
Per prima cosa, consideriamo l'operazione senza commutatore in un singolo anello. Lo schema elettrico di un singolo anello senza commutatore è mostrato nella figura seguente.
Qui un singolo anello (ABCD) è posto tra il campo magnetico generato dai magneti permanenti. I terminali delle bobine sono collegati con il collettore rotante e il gruppo spazzola.
La direzione di un campo magnetico è sempre da polo N a polo S. Quindi consideriamo questa disposizione per un'azione del generatore. E con mezzi esterni, l'anello ruota in senso orario.
In questa condizione, l'EMF è indotto nei conduttori dell'anello. E a causa dell'EMF, la corrente inizia a fluire verso i conduttori.
La direzione della corrente nel conduttore{0}} va da A a B. Allo stesso modo, la direzione della corrente nel conduttore-2 va da C a D. Pertanto, la direzione della corrente attraverso il carico va da F a H.
Dopo la mezza rotazione, la disposizione sopra appare come la figura sotto.
Ora, in questa condizione, la direzione di un campo magnetico non cambia. Ma la posizione dei conduttori è cambiata.
Quindi, la corrente che scorre attraverso il conduttore-1 va da B ad A. E la corrente che scorre attraverso il conduttore-2 va da D a C.
Quindi, possiamo vedere che la direzione corrente è cambiata nella condizione precedente.
La forma d'onda di uscita di questa disposizione è mostrata nella figura seguente.
La forma d'onda di uscita cambia la polarità (da positiva a negativa) in questa disposizione. Quindi, questa disposizione produce corrente alternata. Ma abbiamo bisogno di corrente continua.
Per fare ciò, dobbiamo sostituire gli anelli collettori con il collettore. E la disposizione è mostrata nella figura seguente.
I terminali di una bobina (conduttori) sono collegati ai commutatori. E il commutatore ruota con la bobina.
I commutatori sono collegati con spazzole. E le spazzole sono fisse. Il carico è collegato attraverso le spazzole.
Ora, la direzione di un campo magnetico va dal polo N al polo S. E la corrente che passa attraverso il conduttore-1 va da A a B. La corrente che passa attraverso il conduttore-2 va da C a D.
Pertanto, la corrente che passa attraverso il carico va da F a G.
Dopo mezza rotazione, la disposizione appare come nella figura seguente.
In questa condizione, la corrente che passa attraverso il conduttore-1 va da B ad A. E la direzione della corrente attraverso il conduttore-2 va da D a C. Pertanto, la direzione della corrente attraverso il carico è da F a G.
Quindi, la direzione corrente attraverso il carico non cambia dopo la mezza rotazione. Inoltre, la bobina ruota in senso orario. Ma la corrente passa attraverso il carico rimane in una direzione.
Il grafico di questa disposizione è mostrato nella figura seguente.
Qui possiamo vedere i flussi di corrente in una sola direzione. Quindi, possiamo ottenere l'uscita CC pulsante da questa disposizione con l'aiuto di un commutatore.