Budowa układu elektrycznego może wydawać się bardzo skomplikowana, w szczególności w nowoczesnych autach wyposażonych w wiele udogodnień. Niemal każdy samochód z silnikiem spalinowym wyposażony jest w komutatory, o których istnieniu wie niewielu kierowców. Te niewielkie urządzenia pełnią kluczową funkcję m.in. w alternatorze i rozruszniku. Komutator silnika elektrycznego jest niezbędny do poprawnej pracy auta. W przypadku awarii tego podzespołu często jedynym rozwiązaniem jest wymiana zużytej części na nową. Sprawdź, jak działają komutatory i dowiedz się, kiedy konnieczna jest ich wymiana.
Z tego artykułu dowiesz się m.in.:
- czym jest komutator silnika,
- jak zbudowany jest silnik elektryczny prądu stałego,
- jak działa silnik prądu stałego wyposażanego w komutatory,
- do czego służy komutator w silniku elektrycznym,
- jakie są skutki awarii komutatora,
- gdzie kupić wysokiej jakości komutator alternatora.
Czym jest komutator silnika?
Komutator to podzespół przełączający, który umieszczany jest na wirniku maszyn elektrycznych, takich jak silniki prądu stałego (nazywane popularnie prądnicami). Podczas obracania się wirnika urządzenia elektrycznego wytwarzana jest znaczna ilość ciepła. Komutator to także niewielkie urządzenie elektryczne charakteryzujące się wysoką odpornością temperaturową, co pozwala na wydajną pracę w wymagających warunkach.
Przypomnijmy, że komutatory są powszechnie stosowane w motoryzacji. W większości samochodów wyposażonych w silnik spalinowy można znaleźć więcej niż jedno urządzenie tego typu. Komutatory wchodzą m.in. w skład takich podzespołów aut, jak rozrusznik czy alternator, które stanowią kluczowe elementy układu elektrycznego. Od poprawnej pracy rozrusznika zależy możliwość uruchomienia silnika. Z kolei za dostarczanie energii elektrycznej m.in. do komputera sterującego pracą silnika czy reflektorów odpowiada alternator. Działanie, budowa i objawy awarii tego podzespołu szczegółowo omawiamy w artykule opublikowanym na naszym blogu.
Komutatory stosowane w podzespołach samochodowych wraz z eksploatacją ulegają zużyciu. Z tego powodu co pewien czas niezbędna jest wymiana bądź regeneracja rozrusznika lub alternatora zawierającego komutatory. Przykładowe skutki awarii tych elementów układu elektrycznego znajdziesz w dalszej części tekstu.
Jak zbudowany jest silnik elektryczny prądu stałego zawierający komutatory?
Aby zrozumieć, do czego służy komutator w silniku elektrycznym, warto poznać budowę jednostki napędowej zasilanej prądem. Urządzenia tego typu mają bardzo długą historię i służą nie tylko do napędzania podzespołów samochodowego układu elektrycznego. Silniki elektryczne prądu stałego stosowane są w wielu przedmiotach codziennego użytku, takich jak: odkurzacze, pralki czy elektryczne szczoteczki do mycia zębów. Rozwiązanie to jest także szeroko stosowane w maszynach przemysłowych, w których silniki elektryczne prądu stałego służą do napędzania taśm produkcyjnych, łopatek czy uruchamiania różnego rodzaju pomp.
Komutatory występują jedynie w silnikach prądu stałego wyposażonych w szczotki. Obecnie coraz częściej stosowane w różnego rodzaju urządzeniach i maszynach silniki bezszczotkowe, które uchodzą za trwalsze i mniej awaryjne. Na potrzeby tego artykułu opisane zostaną jedynie silniki szczotkowe zawierające komutatory. Podstawowe podzespoły urządzenia tego typu to ruchomy rotor nazywany wirnikiem oraz stojan. Ten ostatni element jest nieruchomy, ponieważ jest przytwierdzony na stałe do podłoża lub obudowy. Wirnik z kolei obraca się wokół własnej osi wewnątrz stojana.
Proste silniki elektryczne prądu stałego zawierają magnesy stałe. Generują one samoczynnie pole magnetyczne, które oddziałuje na uzwojenie nawinięte na wirnik silnika elektrycznego. Na jednym z zakończeń wirnika umieszczony jest komutator silnika dotykający szczotek, przez które dostarczany jest prąd elektryczny do uzwojenia. Szczotki z kolei są stale podłączone do zasilania. W silnikach elektrycznych prądu stałego o bardziej zaawansowanej konstrukcji uzwojenie umieszczane jest nie tylko na wirniku, lecz także na stojanie. Rozwiązanie to pozwala zrezygnować ze stosowania magnesów stałych – wyjaśnia ekspert Inter Cars.
Jak działa silnik prądu stałego wyposażony w komutatory?
Szczotkowy silnik prądu stałego zawierający komutatory działa dzięki oddziaływaniu elektromagnetycznemu uzwojeń znajdujących się na wirniku oraz stojana. Aby wirnik zaczął obracać się wokół własnej osi, przez uzwojenie musi przepływać prąd. Zjawisko to stanowi podstawę elektromagnetyzmu i pozwala na zmianę energii elektrycznej w ruch obrotowy charakteryzujący się wysoką sprawnością.
Uzwojenie pełni funkcję cewki, która po doprowadzeniu zasilania elektrycznego zaczyna zachowywać się jak magnes. Następnie dochodzi do zmiany polaryzacji prądu, przez co bieguny magnesu zamieniają się miejscami. Stan ten trwa tak długo, jak długo doprowadzany jest prąd do instalacji, natomiast gdy dopływ energii elektrycznej zostanie przerwany, to właściwości magnetyczne natychmiast zanikają. Dla poprawnego działania elektromagnesu niezwykle istotne jest włożenie do metalowego rdzenia. W szczotkowym silniku prądu elektrycznego funkcję tę pełni rdzeń wirnika.
Cechą elektromagnesów jest zarówno przyciąganie, jak i odpychanie, podobnie jak ma to miejsce w zwykłych magnesach. Zjawisko to wykorzystywane jest w silnikach elektrycznych na zasadzie oddziaływania między magnesami stałymi zamontowanymi w stojanie a uzwojoną cewką wirnika. W wyniku interakcji pomiędzy tymi podzespołami wytwarza się ruch obrotowy silnika elektrycznego.
Magnesy zamontowane na stałe odpychają swoje odpowiedniki zasilane prądem, gdy zwrócone są ku sobie jednakowymi biegunami. Natomiast kiedy naprzeciw znajdują się bieguny różnoimienne, to zaczynają się przyciągać. Silniki elektryczne działają dzięki odpowiedniemu ułożeniu zwojeń, które raz się przyciągają, aby za chwilę zacząć się odpychać.
Do czego służy komutator w silniku elektrycznym?
Za jeden z najważniejszych podzespołów silnika elektrycznego uznawany jest komutator. Bez obecności tego elementu doszłoby do zatrzymania wirnika w pewnej pozycji na skutek siły przyciągania i odpychania, wytwarzanej przez elektromagnesy. Komutatory sterują uzwojeniem wirnika tak, aby zaczynał samodzielnie się kręcić. Urządzenia tego typu składają się zazwyczaj z wielu sekcji w postaci płytek wygiętych na kształt okręgu. Każda z nich przewodzi prąd do jednego uzwojenia wykonanego najczęściej z miedzi i jest elektrycznie wyizolowana od pozostałych płytek. Szczotki w trakcie ruchu obrotowego wirnika dotykają różnych sekcji (płytek), co powoduje przepływ prądu przez pozostałe uzwojenia.
Komutatory dostarczają prąd ze szczotek do uzwojenia, które znajduje się w polu magnetycznym wytwarzanym przez magnesy. Dzięki temu na wirnik zaczyna działać siła elektrodynamiczna, która oddziałuje na pojedyncze sekcje uzwojenia znajdujące się równolegle do osi silnika. W wyniku przepływania prądu wirnik umieszczony na wale obraca się o 90 st. z położenia równoległego do prostopadłego względem osi jednostki napędowej.
Komutatory przełączają uzwojenie wraz z obrotem wirnika, na którym są zamontowane. Dzięki temu na szczotkach stale występuje napięcie pulsujące o stałym kierunku, a wirnik wydajnie obraca się wokół własnej osi. Proces ten zachodzi z dużą prędkością przez cały czas, gdy do silnika dostarczana jest energia elektryczna.
Komutatory stosowane w silnikach elektrycznych powinny składać się z co najmniej trzech płytek. Pozwala to zapobiec powstawaniu martwego pola, w którym dwie szczotki łączą jednocześnie tylko dwie sekcje komutatora. Ponadto szczotki muszą być szersze od izolowanej szczeliny pomiędzy płytkami, co zapewnia uzwojeniom ciągły dostęp do energii elektrycznej. Komutatory używane w alternatorach samochodowych i innych dość zaawansowanych urządzeniach wyposażonych w silniki elektryczne mają znaczną liczbę sekcji przewodzących prąd do kolejnych wiązek wchodzących w skład uzwojonej cewki.
Komutatory samochodowe – skutki awarii
Jednym z powodów usterki alternatora może być komutator. Do czego służy urządzenie, już wyjaśniliśmy, więc wiesz już, jak ważną funkcję pełni w każdym silniku. W przypadku awarii tego podzespołu energia elektryczna przestaje być przekazywana, więc alternator nie działa poprawnie. Komutatory alternatora narażone są na kontakt z kurzem i pyłem dostającymi się do komory silnika. Zabrudzenia przylegają do szczotek i komutatorów, utrudniając wydajne przekazywanie energii elektrycznej.
O usterce alternatora świadczy zapalenie się kontrolki ładowania na tablicy rozdzielczej. Jeśli sygnał ostrzegawczy będzie mrugać, świadczy to o przerwach w ładowaniu akumulatora. Kontynuowanie podróży jest wtedy możliwe, a przynajmniej do momentu, gdy kontrolka zacznie się świecić cały czas. Wtedy silnik i pozostałe układy samochodu będą pracować do momentu wyczerpania się akumulatora, co zazwyczaj nie trwa długo.
Komutatory znajdują się także w każdym aucie wyposażonym w klasyczny rozrusznik. Choć sam podzespół zazwyczaj dobrze znosi próbę czasu, to zużyciu ulegają szczotki rozruszników. W wyniku zużycia się lub zawieszania tych podzespołów komutatory pozbawione są dopływu energii elektrycznej. Wtedy uruchomienie jednostki napędowej jest niemożliwe. Podczas regeneracji rozruszników komutatory powinny zostać wymienione lub co najmniej solidnie oszlifowane i spolerowane. Naprawę zużytego rozrusznika najlepiej przeprowadzić w renomowanym warsztacie.
Gdzie kupić wysokiej jakości komutator alternatora?
Komutator silnika alternatora to jeden z elementów podzespołu odpowiedzialnego za dostarczanie energii elektrycznej do auta. W przypadku zużycia alternatora można go zregenerować. Wtedy kluczowe elementy, takie jak m.in. komutatory, zostają wymienione na nowe. Wybór wysokiej jakości części zamiennych do alternatora zapewni Ci długą i bezproblemową eksploatację. W sklepie Inter Cars znajdziesz komutatory pochodzące od renomowanych producentów.
Wymień komutatory w Inter Cars!
Komutatory to podzespoły niezbędne w niemal każdym samochodzie z silnikiem samochodowym
Wiesz już, że każdy elektryczny silnik szczotkowy wyposażony jest w komutatory. Te niewielkie urządzenia pełnią ważne funkcje m.in. w samochodowych alternatorach i rozrusznikach. Komutatory pomimo niedużych rozmiarów składają się z wielu płytek przekazujących energię elektryczną do uzwojeń silnika elektrycznego. Dzięki temu wał jednostek napędowych zasilanych prądem może się obracać. Podobnie jak wiele innych podzespołów samochodowych także komutatory ulegają z czasem zużyciu. Pamiętaj, że tylko wysokiej jakości części zamienne zapewniają bezawaryjną eksploatację samochodu. Sprawdź bogaty asortyment sklepu Inter Cars, aby utrzymać swoje auto w nienagannym stanie technicznym.
