A kommutátormotor egy szinkron elektromos gép, amelyben a tekercsben lévő áramkapcsoló és a forgórész helyzetérzékelője ugyanazon eszköz - kefe-kollektor szerelvény - formájában készül. Ez az eszköz többféle formában kapható.
fajták
Az egyenáramú kommutátor motor általában olyan elemeket tartalmaz, mint:
- hárompólusú forgórész a hüvelyes csapágyakon;
- kétpólusú állandó mágneses állórész;
- rézlemezek a kommutátor szerelvény keféiként.
Ez a készlet a legkisebb teljesítményű megoldásokra jellemző, amelyeket általában olyan gyermekjátékokban használnak, ahol nincs szükség nagy teljesítményre. Az erősebb motorok több szerkezeti elemet is tartalmaznak:
- négy grafitkefe kollektorszerelvény formájában;
- többpólusú rotor gördülőcsapágyakon;
- állandó mágneses állórész négy pólussal.
Leggyakrabban ez a típusú motoros eszközmodern autókban a hűtő- és szellőzőrendszer ventilátorának, mosószivattyúknak, ablaktörlőknek és egyéb elemeknek a meghajtására használják. Vannak bonyolultabb aggregátumok is.
Egy több száz wattos villanymotor teljesítményéhez egy elektromágnesekből készült négypólusú állórész szükséges. Tekercseinek csatlakoztatásához többféle módszer egyike használható:
- Sorban a rotorral. Ebben az esetben nagy maximális nyomaték érhető el, azonban a magas alapjárati fordulatszám miatt magas a motor károsodásának veszélye.
- A rotorral párhuzamosan. Ebben az esetben a fordulatszám állandó marad változó terhelési feltételek mellett, de a maximális nyomaték észrevehetően kisebb.
- Vegyes gerjesztés, amikor a tekercs egy része sorosan, egy része pedig párhuzamosan van kötve. Ebben az esetben az előző opciók előnyei kombinálódnak. Ezt a típust autóindítókhoz használják.
- Független gerjesztés, amely külön tápegységet használ. Ebben az esetben a párhuzamos kapcsolatnak megfelelő jellemzőket kapjuk. Ezt az opciót ritkán használják.
A kommutátormotornak vannak bizonyos előnyei: könnyű gyártani, javítani, működtetni, élettartamuk pedig meglehetősen hosszú. Hátrányként általában a következőket emelik ki: az ilyen eszközök hatékony kialakítása általában nagy fordulatszámú és alacsony nyomatékú, ezért a legtöbb hajtáshoz sebességváltó beépítése szükséges. Ez az állítás megalapozottmivel az alacsony fordulatszámon orientált elektromos gépet alulbecsült hatásfok, valamint ehhez kapcsolódó hűtési problémák jellemzik. Ez utóbbiak olyanok, hogy nehéz rájuk elegáns megoldást találni.
Univerzális kommutátoros motor
Ez a változat egyfajta egyenáramú kommutátor, amely egyen- és váltakozó áramról egyaránt képes működni. A készülék kis méretének, kis súlyának, alacsony költségének és könnyű sebességszabályozásának köszönhetően széles körben elterjedt bizonyos típusú háztartási gépekben és kéziszerszámokban. Elég gyakran megtalálható vontatójárműként az Egyesült Államok és Európa vasútjain. Megfontolhatja az elektromos motor eszközét.
Dizájnjellemzők
A probléma jobb megértése érdekében érdemes részletesebben megvizsgálni, hogy mi képezte a bemutatott eszköz alapját. Az univerzális kommutátoros motor típus egy egyenáramú készülék, sorba kapcsolt gerjesztő tekercseléssel, amely háztartási táphálózat váltakozó áramára optimalizált. A motor egy irányba forog, polaritástól függetlenül. Ennek oka az a tény, hogy az állórész és a forgórész tekercseinek soros kapcsolása a mágneses pólusaik egyidejű változásához vezet, és ennek köszönhetően a keletkező nyomaték egy irányba irányul.
Miből van?
A váltakozó áramú kommutátormotor mágneses használatát foglalja magábanpuha anyag alacsony hiszterézissel. Az örvényáram-veszteségek csökkentése érdekében ez az elem egymásra helyezett szigeteléssel ellátott lemezekből készül. A váltakozó áramú kollektoros gépek egy részhalmazaként szokás külön kiemelni a pulzáló áramegységeket, amelyeket egy egyfázisú áramkör áramának egyenirányításával nyernek hullámsimítás nélkül.
A váltakozó áramú kommutátoros motort leggyakrabban a következő tulajdonság jellemzi: alacsony fordulatszámú üzemmódban az állórész tekercseinek induktív ellenállása nem engedi, hogy bizonyos határoknál nagyobb áramot fogyasszon, míg a motor maximális nyomatéka szintén a névleges 3-5-ére korlátozódik. A mechanikai jellemzők közelítése az állórész tekercseinek szakaszolásával érhető el – külön kimenetek használhatók a váltakozó áram csatlakoztatására.
Egy meglehetősen nehéz feladat egy nagy teljesítményű váltóáram-gyűjtő gép átkapcsolása. Abban a pillanatban, amikor a szakasz áthalad a semlegesen, a rotorral érintkező mágneses tér az ellenkező irányba változtatja irányát, és ez reaktív EMF keletkezését okozza a szakaszban. Ez akkor fordul elő, ha váltakozó áramról működik. A váltakozó áramú kollektoros gépekben reaktív EMF is történik. Itt meg kell jegyezni a transzformátor EMF-jét is, mivel a forgórész az állórész mágneses mezőjében van, amely időben pulzál. A kollektormotor zökkenőmentes indítása nem lehetséges, mivel ebben a pillanatban a gép amplitúdója maximális lesz, és ahogy közeledik a szinkron sebességéhez, arányosan csökken. Ahogy a továbbiakban isgyorsulással, új növekedés figyelhető meg. A kapcsolási probléma megoldására ebben az esetben több egymást követő lépést javasolunk:
- Az egyfordulatú szakaszt előnyben kell részesíteni a tengelykapcsoló áramlásának csökkentése érdekében.
- Növelni kell a szakasz aktív ellenállását, amihez a legígéretesebb elemek a kollektorlemezek ellenállásai, ahol jó hűtés figyelhető meg.
- A kommutátort aktívan köszörülni kell maximális keménységű, legnagyobb ellenállású kefékkel.
- A reaktív EMF kompenzálható további soros tekercsekkel ellátott pólusok használatával, a párhuzamos tekercsek pedig a transzformátor EMF kompenzációjára alkalmazhatók. Mivel ez utóbbi paraméter értéke a forgórész szögsebességének és a mágnesező áramnak a függvénye, az ilyen tekercsekhez szolga vezérlőrendszerek szükségesek, amelyek még nem léteznek.
- A tápáramkörök frekvenciája a lehető legalacsonyabb legyen. A legnépszerűbb opciók a 16 és 25 Hz.
- Az UKD megfordítása az állórész vagy a forgórész tekercseinek polaritásának megváltoztatásával történik.
Érvek és hátrányok
Az összehasonlításhoz a következő feltételeket használjuk: a készülékek 220 V feszültségű és 50 Hz frekvenciájú háztartási elektromos hálózatra csatlakoznak, miközben a motor teljesítménye megegyezik. Az eszközök mechanikai jellemzőinek különbsége lehet hátrány vagy előnya meghajtó követelményeitől függően.
Tehát, AC kommutátoros motor: előnyök a DC egységhez képest:
- A hálózathoz való csatlakozás közvetlenül történik, és nincs szükség további összetevők használatára. Egyenáramú egység esetén egyenirányítás szükséges.
- Az indítóáram sokkal kisebb, ami nagyon fontos a mindennapi életben használt eszközök esetében.
- Ha van vezérlő áramkör, annak eszköze sokkal egyszerűbb - reosztát és tirisztor. Ha az elektronikus alkatrész meghibásodik, akkor a kollektormotor, amelynek ára a teljesítménytől függ, és 1400 rubel vagy több között mozog, továbbra is működőképes marad, de azonnal teljes teljesítménnyel bekapcsol.
Vannak bizonyos hátrányai is:
- Az állórész megfordítása és az induktivitás miatti veszteségek miatt az általános hatásfok észrevehetően csökken.
- A maximális nyomaték is csökkent.
Az egyfázisú kollektoros villanymotorok bizonyos előnyökkel rendelkeznek az aszinkron motorokhoz képest:
- tömörség;
- a hálózati frekvenciához és sebességhez való kötődés hiánya;
- jelentős indítónyomaték;
- arányos sebességcsökkenés és -növekedés automatikus üzemmódban, valamint a nyomaték növekedése növekvő terhelés mellett, miközben a tápfeszültség változatlan marad;
- a fordulatszám-szabályozás a tápfeszültség változtatásával meglehetősen széles tartományban zökkenőmentes lehet.
Hátrányok az indukciós motorhoz képest
- ha a terhelés megváltozik, a sebesség instabil lesz;
- a kefe-gyűjtő összeállítás miatt a készülék nem túl megbízható (a legmerevebb kefék használatának szükségessége jelentősen csökkenti az erőforrást);
- Az AC kapcsolás erős szikrát okoz a kollektoron, és rádióinterferencia keletkezik;
- magas zajszint működés közben;
- az elosztót nagyszámú alkatrész jellemzi, ami elég masszívvá teszi a motort.
A modern kommutátormotort a mechanikus fogaskerekek és munkatestek képességeihez hasonló erőforrás jellemzi.
Egyéb összehasonlítások
Az azonos teljesítményű kollektoros és aszinkron motorok összehasonlításakor, függetlenül az utóbbi névleges frekvenciájától, eltérő karakterisztikát kapunk. Ezt az alábbiakban részletesebben ismertetjük. Az univerzális kollektoros villanymotor "lágy" karakterisztikát valósít meg. Ebben az esetben a nyomaték egyenesen arányos a tengely terhelésével, míg a fordulatok fordítottan arányosak vele. A névleges nyomaték általában 3-5-ször kisebb a maximálisnál. Az alapjárati fordulatszám korlátozását kizárólag a motor veszteségei jellemzik, miközben egy nagy teljesítményű egység terhelés nélkül történő bekapcsolásakor összeeshet.
Az aszinkron motor jellemzője a "ventilátor", vagyis az egység a névlegeshez közeli fordulatszámot tart fenn, a fordulatszám enyhe csökkenésével a lehető legélesebben növeli a nyomatékot. Ha ennek a mutatónak a jelentős változásáról beszélünk, akkor a motor nyomatéka nemcsak nem növekszik, hanem csökken isnullára, ami teljes leálláshoz vezet. Az alapjárati fordulatszám valamivel magasabb a névlegesnél, miközben állandó marad. Az egyfázisú indukciós motor jellemzője az indítással kapcsolatos további problémák, mivel normál körülmények között nem fejleszt indítási nyomatékot. Az egyfázisú állórész időben pulzáló mágneses tere két ellentétes fázisú mezőre bomlik fel, ami lehetetlenné teszi az indítást mindenféle trükk nélkül:
- mesterséges fázist létrehozó kapacitás;
- hasított horony;
- mesterséges fázist képező aktív ellenállás.
Elméletileg az antifázisú forgótér 50-60%-ra csökkenti az egyfázisú aszinkron egység maximális hatásfokát a túltelített mágneses rendszerben és az ellenmezős árammal terhelt tekercsekben bekövetkező veszteségek miatt. Kiderült, hogy két elektromos gép van ugyanazon a tengelyen, az egyik motoros, a másik pedig oppozíciós üzemmódban működik. Kiderült, hogy az egyfázisú kollektoros villanymotorok nem ismerik a versenytársakat az adott hálózatokban. Ez az, ami megérdemelt ilyen nagy népszerűséget.
Az elektromos motor mechanikai jellemzői bizonyos felhasználási területet biztosítanak számára. Az alacsony fordulatszámok, amelyeket a váltakozó áramú hálózat frekvenciája korlátoz, a hasonló teljesítményű aszinkron egységeket az univerzális kollektorokhoz képest nagyobb súlyúvá és méretűvé teszik. Ha azonban az inverter nagyfrekvenciás áramkörébe beépítik, akkor összehasonlítható méretek és tömegek érhetők el. A mechanikai jellemzők merevsége megmaradmotor, amelyhez hozzáadódnak az áramátalakítási veszteségek, valamint a frekvencia növekedése, a mágneses és induktív veszteségek nőnek.
Analógok elosztószerelvény nélkül
Egy váltakozó áramú kommutátoros motornak van egy analógja, amely mechanikai jellemzői tekintetében a legközelebb áll hozzá – egy szelepes, ahol a kefe-kollektor szerelvényt egy forgórész helyzetérzékelővel felszerelt inverterre cserélték. Az egység elektronikus analógjaként a következő rendszert használják: egyenirányító, szinkronmotor forgórész szöghelyzet érzékelővel, inverterrel kombinálva. Az állandó mágnesek jelenléte a rotorban azonban csökkenti a maximális nyomatékot, miközben megtartja a méreteket.
Működési elv
A kollektoros villanymotoros eszköz bemutatja, hogyan alakítja át az elektromos energiát mechanikai energiává és fordítva. Ez azt jelzi, hogy képes generátorként használni. Érdemes részletesebben megvizsgálni a kollektoros villanymotort, amelynek diagramja bemutatja képességeit.
A fizika törvényei egyértelműen kimondják, hogy amikor egy mágneses térben elektromos áram halad át egy vezetőn, bizonyos erő hat rá. Ebben az esetben a jobbkéz szabály működik, ami közvetlen hatással van az elektromos motor teljesítményére. A kommutátormotor pontosan ezen az alapelven működik.
A fizika arra tanít bennünket, hogy az alapa megfelelő dolgok létrehozása apró szabályok. Ez szolgált alapul egy mágneses térben forgó keret létrehozásához, amely lehetővé tette egy kollektoros villanymotor létrehozását. Az ábra azt mutatja, hogy egy mágneses térben egy pár vezető van elhelyezve, amelynek árama ellentétes irányban, és ebből eredő erők is. Összegük adja a szükséges nyomatékot. Az elektromos motor berendezése sokkal bonyolultabb, mivel a szükséges elemek egész komplexumát adták hozzá, különösen egy kollektort, amely ugyanazt az áramirányt biztosítja a pólusokon. Az egyenetlen haladást úgy küszöbölték ki, hogy több tekercset helyeztek az armatúrára, míg az állandó mágneseket tekercsekre cserélték, így nem volt szükség egyenáramra. Ez lehetővé tette a forgatónyomaték egyetlen irányú megadását.
Csináld magad villanymotorjavítás
Minden más eszközhöz hasonlóan ez az egység is bármilyen okból meghibásodhat. Ha a villanymotor, amelyről a képen látható az áttekintésünkben, nem tudja elérni a szükséges fordulatszámot, vagy a tengely nem forog indításkor, akkor ellenőrizni kell, hogy a biztosítékai kiolvadtak-e, nincs-e törés. az armatúra elektromos áramkörét, ha maga a készülék túlterhelt. A túlterhelés nagyon gyakran rendellenes áramfelvételt eredményez. A hiba kiküszöbölése érdekében alaposan meg kell vizsgálni a mechanikus sebességváltót és a féket, majd meg kell szüntetni a túlterhelés okait.
Az elektromos motor kialakítása olyan, hogy amikor elindul, fogyasztbizonyos mennyiségű áram. Ha nagyobb, mint a névleges érték, akkor ellenőrizni kell a párhuzamos és soros tekercsek egymáshoz, valamint a reosztáthoz viszonyított csatlakozásának konzisztenciáját. A barkácsolt villanymotor-javítások során leggyakrabban egészen konkrét hibákat követnek el. Különösen a sönt tekercselés sorba köthető a reosztát elektromos ellenállásával, vagy csatlakoztatható az elektromos hálózat egyik pólusához.
A működő gerjesztő tekercs csatlakozásának konzisztenciájának ellenőrzését úgy végezzük, hogy a sönt tekercs egyik végét a horgonyvéggel, a másodikat pedig a reosztát ívéből érkező elektromos vezetővel csatlakoztatjuk. Általában ennek az elektromos vezetőnek a keresztmetszete valamivel kisebb, mint a többinek, így megger nélkül is kimutatható. A tápkapcsoló bekapcsolása és a reosztát csúszka középső helyzetbe állítása után a szabad végek áramellátásra kerülnek. Egy ellenőrző lámpa segítségével soronként ellenőrzik az összes vezetővéget. Amikor az egyiket megérinti, a lámpának világítania kell, de a másiknál nem. Így tesztelik az egész motort. Az elvégzett munka ára az egység meghibásodásának típusától függ.
Ha a készülék működése során a névlegesnél kisebb fordulatszám fordul elő, akkor ennek fő okai általában a következők: alacsony hálózati feszültség, a készülék túlterhelése, nagy gerjesztő áram. Ellentétes jellegű működésképtelenség észlelése esetén ellenőrizni kell a gerjesztő áramkört, meg kell szüntetni az összes azonosított hibát, majdbeállíthatja a gerjesztőáram normál értékét. Egyes esetekben szükséges lehet a motorok visszatekerése.
Ha az egység működésképtelenségének oka a párhuzamos és soros terepi tekercsek hibás párosítása, akkor vissza kell állítani a helyes csatlakozási sorrendet. Ha egy ilyen problémát nem lehet egyszerű módon kiküszöbölni, akkor szükséges lehet az elektromos motorok visszatekerése. Ezenkívül ellenőrizni kell az elektromos hálózat feszültségének nagyságát, mivel a névleges érték növekedésével a készülék fordulatszáma növekedhet.
