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Zum gleichnamigen Begriff aus der Mathematik siehe Kommutator (Mathematik).

Kommutator in a Universalmotor.

Das Kommutator oder Kollektor ist ein Teil von a Elektromotor das dient dem Energieversorgung zum Ankerwicklungen so, dass die Magnetfelder richtig umgedreht werden. Zu diesem Zweck besteht der Kollektor aus Flossen aus hartem elektrolytischKupfer mit Dämmstoff dazwischen (früher Mikanit, heutzutage Plastik). Die Baugruppe ist auf der Rotorwelle isoliert und die Kupferlamellen sind mit den Ankerwicklungen verbunden. Fest installiert Kohlebürsten den Kommutator kontaktieren und damit die Ankerwicklungen mit Strom versorgen. Auch in älteren Typen Gleichstromgeneratoren Kommutatoren verwendet werden.

Geschichte

Der Kommutator wurde erstmals 1833 von Hippolyte Pixii, basierend auf einer Idee von André-Marie Ampère. Antonio Pacinotti konstruierte 1859 in Pisa einen Prototyp einer Gleichstrommaschine auf Induktion mit einem radialen Ring und einem radialen Kollektor oder Kommutator. Er verbesserte den Kommutator und baute ihn aus mehreren Segmenten anstelle der beiden bei Pixii. Dieses Design ist als "Ring von Pacinotti" bekannt geworden.

Um 1869 brachte Zenobe Gramm einige wichtige Verbesserungen. Es ist ihm gelungen, ein Modell für den Laboreinsatz herzustellen, das bei relativ hoher Leistung einen ausreichend großen und gleichmäßigeren Gleichstrom liefern kann.

Ziel

Arbeitsprinzip des Kommutators

Der Kommutator ist ein wichtiger Bestandteil beim Betrieb einer Gleichstrommaschine. Er bietet zwei Dinge:

• Er kümmert sich - genau wie bei einem Schleifring - für eine elektrische Verbindung zwischen den stationären Kohlebürsten und der rotierenden Welle mit den Rotorwicklungen.
• Umwandeln der Wechselspannung, die durch Drehen der Rotorspulen an den Festfeldmagneten vorbei erzeugt wird, in eine Gleichspannung (Lichtmaschine) oder Umkehr der Stromrichtung in den Rotorwicklungen, so dass sich der Anker weiterdreht (Motor).

Ein Kommutator ist im Grunde ein mechanischer Gleichrichter und Drehschalter in einem. Das Umkehren der Stromrichtung in der Wicklung ist Kommutierung erwähnt.

Arbeitsprinzip^[1]

Diese Zeichnung zeigt eine vereinfachte einpolige Single-Coil-Maschine mit dem Gramme-Ring und einer grafischen Darstellung des gepulsten Gleichstroms, der erzeugt wird, wenn sich der Ring um eine Umdrehung dreht. Obwohl kein Gerät dieses Design verwendet, ist es ein Anfang, die folgenden Zeichnungen besser zu verstehen.

Eine einpolige Maschine mit zwei Spulen mit Gramme-Ring. Die zweite Spule befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Rings. Beide befinden sich im gleichen Magnetfeld. Die untere Spule befindet sich vor einem Südpol und die obere vor einem Nordpol. Beide Spulen sind gegenläufig geschaltet. Der Strom wird von den Kohlebürsten abgegriffen und ein Stromkreis außerhalb der Maschine gebildet.

Eine einpolige Maschine mit vier Spulen mit Gramme-Ring. Die Spulen A und A' verstärken sich gegenseitig, ebenso wie die Spulen B und B'. Die beiden Spulenpaare erzeugen zwei um 90° gegeneinander versetzte Stromimpulse. Wenn die Spulen A und A' einen maximalen Strom liefern, liefern die Spulen B und B' keinen Strom.

Eine unipolare Maschine mit sechs Grammer-Ringspulen und einem Diagramm des erzeugten Stroms, jeder Stromimpuls ist um 120° phasenverschoben und verschmolzen.

Einschränkungen

Obwohl Kommutatoren in Gleichstrommaschinen weit verbreitet sind, können manchmal bis zu Tausende von Kilowatt in Leistung, sie haben ihre Grenzen:

Tragen

Durch Reibung sowohl die Kohlebürsten als auch die Kupferlamellen verschleißen. Da die Kohlebürsten aus weichem Material bestehen, verschleißen sie schneller. Kohlebürsten werden daher so eingebaut, dass sie leicht austauschbar sind.

Bei kleinen Motoren (unter 1 kW) ist eine Reparatur oder ein Austausch des Kommutators nicht möglich. Es ist daher so gemacht, dass die Lebensdauer – unter normalen Betriebsbedingungen – dem des Motors entspricht.

Bei größeren Maschinen kann der Kommutator oft nachgeschliffen oder - bei stärkerem Verschleiß - eingeschaltet werden Drehbank. Im letzteren Fall muss der Rotor aus dem Rahmen entfernt werden. Nach dem Abschalten des Kommutators muss das Isoliermaterial zwischen den Lamellen auf der Lauffläche vorsichtig entfernt werden, um einen schnellen Verschleiß der Kohlebürsten im Einsatz zu vermeiden.

Spannungsabfall

Bis zum Kontakt Widerstand Zwischen den Kohlebürsten und dem Kommutator entsteht ein Spannungsabfall, der bis zu einigen Volt betragen kann. Dies ist besonders schädlich für die Effizienz mit kleinen Motoren, da sie oft mit niedrigeren Spannungen arbeiten.

Stromdichte

Durch Leistung von Ankerreaktion verschiebt den idealen Kommutierungszeitpunkt, was zu dem Stromdichte in den Kohlebürsten nimmt zu. Wenn es zu groß wird, können Sie unter die Bürsten gehen Funken stammen; in Extremfällen rundes Feuer. Diese Funken verursachen zusätzlichen Verschleiß, EMVStörungen und höhere Verluste im Kommutator. Bei großen Motoren (über 1 kW) werden Hilfspole und/oder Ausgleichswicklungen verwendet, um den Einfluss der Ankerreaktion zu begrenzen.

Elektronische Kommutatoren

In dem bürstenloser Elektromotor ein elektronischer Kommutator verwendet wird, der normalerweise auf der Betätigung elektronischer Schalter beruht, die von Sensoren gesteuert werden, von denen jeder eine bestimmte Position des Rotors bestimmen kann.

Elektronische Kommutatoren werden auch verwendet, um mehrere elektronische Analogsignale zu kombinieren, indem sie mehrere Signaleingänge mit 1 Signalausgang verbinden. Der Signalausgang kann mit einem Analog-Digital-Wandler angeschlossen sind, der für jeden Signaleingang den Digitalwert dieses Signals im richtigen Moment ermittelt.