Doğru akım makinelerinde (motor, dinamo) endüvideki bir bobinde, kolektör dilimleri ve fırçalar yardımıyla akımın yön değiştirmesi olayına komütasyon denir.
Bir doğru akım elektrik makinesi, normal çalışırken indüklenen karşılıklı gerilimler aynı polariteye sahiptir. Endüvi sargılarından akım geçerken her kutbun altındaki iletkenlerden geçen akımın yönü, iletkenlerden geçen akım yönü ile aynıdır.
Endüvi ile beraber hareket eden iletkenlerdeki akımın yönü, iletkenin bir kutbun altından diğer kutbun altına geçmesiyle yön değişikliğine uğrar. Bobin iletkenlerinden geçen akımın bu yön değiştirmesi olayına komütasyon denir.
Akım yön değiştirirken kollektörler ve fırçalar da yardımcı olur. Endüvi hızla dönerken bobinden geçen akımın yön değiştirmesi çok hızlıdır. Bundan dolayı bobin üzerinde Lenz Kanununa göre alanın azalmasını önleyecek şekilde küçük bir öz indüksiyon emk’sı indüklenir. Bu gerilim de komütasyon sırasında fırça ve kollektör arasında ısınma oluşturur ve elektriksel ark (şerare) meydana getirir.
Komütasyon durumu Doğru akım elektrik makinelerinde kaçınılmazdır. Komütasyon sebebiyle ark oluşumu fırça ve kollektör aşınmasına yol açar. Bu durum için bir takım önlemler vardır. Bu önlemler aynı zamanda komütasyonu kolaylaştırıcı etkiler de gösterir.
Komütasyonu Bozan Etkenler Nelerdir?
Elektriki arızaların dışında mekaniki olarak da birçok arızalar meydana gelebilir.
1- Endüvideki kollektör dilimleri arasındaki mikaların yüzeyden taşmış olması durumunda fırçalar kollektör yüzeyine iyi basamayacağı için ark oluşur. Bu durumu önlemek için mikalar bakır yüzeyden 1 – 1,5 milimetre aşağıda olmalıdır.
2- Kollektörün yuvarlak olmaması, ısı etkisi ile endüvinin yuvarlaklığının bozulması. Bu durumu önlemek için kollektörler sık olarak kontrol edilmelidir.
3- Fırçaların fırça tutucusuna bağlanışındaki bir hata olması veya fırçaların kollektör yüzeyine uygun basınçla basmaması durumunda komütasyon bozulur. Bu basınç normalde 150—250 gr/cm civarındadır ve bu baskı bir yay ile sağlanır. Yay basıncı sık olarak kontrol edilmelidir.
4- Kömür ile fırça yuvası arasındaki boşluğun fazla olması veya az olması, fırçalar arasındaki uzaklığın eşit olmaması ve fırçaların düşük kalitede olması da ark meydana gelmesine sebep olur.
Komütasyonun zor olduğu durumlarda geçiş direnci yüksek olan fırçalar kullanılır. Bu sayede komütasyondaki bobinde akımın yön değiştirmesi çok kolaylaşır. Ayrıca, fırçalar kollektör yüzeyine uyacak şekilde alıştırılması sağlanmalıdır.
Arkın önlenmesi için komütasyonu kolaylaştırıcı önlemler nelerdir?
1- Fırçaları kaydırmak
2- Yardımcı kutup kullanmak.
1- Fırçaları Kaydırmak :
Fırçaların dönüş yönünde kaydırılması esasına dayanan bu yöntem, bobin üzerinde meydana gelen gerilime karşı bir etki ile sönümleme mantığına dayanır. Bu durumda kısa devre olan bobin, nötr eksen üzerinde değil de kutupların etkisinde olan bölgelere gelir. Böylece zıt kutbun etkisi ile bobin üzerindeki gerilime zıt bir etki yapılarak negatif etki ortadan kaldırılır ve arkın meydana gelmesi engellenip komütasyonun daha kolay gerçekleşmesi sağlanır.
Fırçalar, endüvinin dönüş yönünde bir miktar kaydırıldığında, üzerindeki akımın yönü değişir. Bobin zıt kutbun etkisi altına gireceği için öz indüksiyon emk’sının etkisi yok olur. Akım kolay bir şekilde yön değiştirir ve yön değiştirme sırasında ark oluşmaz. Akım hızlandırılmış komütasyon eğrisini izler.
2- Yardımcı Kutup Kullanarak :
Yardımcı kutup yönteminin mantığı, fırçaları nötr ekseninden kaydırmadan nötr eksende sabit tutar. Bobinin diğer kutbun etkisine girerken üzerinde meydana gelecek özindükleme emk’sının yok edilmesi ve bundan dolayı fırçalarda ark meydana gelmesinin önlenmesine dayanır. Nötr ekseni üzerine yerleştirilmiş olan yardımcı kutuplar, bobinin kurtulduğu kutbun zıttı olacak şekilde kutuplandırılır. Bu yöntem genellikle modern DC elektrik makinelerinde tercih edilir.
Yardımcı kutuplardan endüvi akımı geçirildiği için, yüke göre değişen endüvi manyetik alanına karşılık aynı oranda ve zıt yönde yardımcı kutbun değeri de herhangi bir ayarlamaya gerek kalmadan değişir.
Yardımcı kutupları bulunan bir Doğru akım makinesinin hem endüvi reaksiyonuna karşı hem de komütasyonu kolaylaştırıcı görevini yardımcı kutuplar yapar.
