En kommutatormotor er en synkron elektrisk maskin der strømbryteren i viklingen og rotorposisjonssensoren er laget i form av samme enhet - en børste-samler-enhet. Denne enheten kommer i mange former.
varianter
En DC-kommutatormotor inkluderer vanligvis elementer som:
- trepolet rotor på hylselager;
- to-polet permanent magnet stator;
- kobberplater som børster for kommutatorenheten.
Dette settet er typisk for de laveste strømløsningene som vanligvis brukes i barneleker der høy effekt ikke er nødvendig. Kraftigere motorer inkluderer flere flere strukturelle elementer:
- fire grafittbørster i form av en samlerenhet;
- flerpolet rotor på rullelager;
- permanent magnet stator med fire poler.
Oftest denne typen motorutstyrbrukes i moderne biler til å drive viften til kjøle- og ventilasjonssystemet, spylerpumper, vindusviskere og andre elementer. Det finnes også mer komplekse aggregater.
Kraften til en elektrisk motor på flere hundre watt innebærer bruk av en firepolet stator laget av elektromagneter. For å koble sammen viklingene kan en av flere metoder brukes:
- I serie med rotoren. I dette tilfellet oppnås et stort maksim alt dreiemoment, men på grunn av det høye tomgangsturtallet er risikoen for motorskade stor.
- Parallelt med rotoren. I dette tilfellet forblir hastigheten stabil under skiftende belastningsforhold, men det maksimale dreiemomentet er merkbart mindre.
- Blandet eksitasjon, når en del av viklingen er koblet i serie og del i parallell. I dette tilfellet kombineres fordelene med de tidligere alternativene. Denne typen brukes til bilstartere.
- Uavhengig magnetisering, som bruker en separat strømforsyning. I dette tilfellet oppnås egenskapene som tilsvarer parallellforbindelsen. Dette alternativet brukes sjelden.
Kommutatormotoren har visse fordeler: de er enkle å produsere, reparere, betjene, og deres levetid er ganske lang. Som ulemper fremheves vanligvis følgende: effektive design av slike enheter er vanligvis høyhastighets og lavt dreiemoment, så de fleste stasjoner krever installasjon av girkasser. Denne påstanden er velbegrunnetsiden en elektrisk maskin orientert på lav hastighet er preget av en undervurdert effektivitet, samt kjøleproblemer knyttet til dette. De siste er slik at det er vanskelig å finne en elegant løsning for dem.
Universell kommutatormotor
Denne varianten er en slags DC-kommutatormaskin som kan operere på både DC og AC. Enheten har blitt utbredt i noen typer husholdningsapparater og håndverktøy på grunn av dens lille størrelse, lave vekt, lave kostnader og enkle hastighetskontroll. Ganske ofte funnet som trekkvogn på jernbanene i USA og Europa. Du kan vurdere enheten til den elektriske motoren.
Designfunksjoner
For en bedre forståelse av dette problemet, bør du vurdere mer detaljert hva som lå til grunn for den presenterte enheten. Den universelle kommutatormotortypen er en likestrømsenhet med eksitasjonsviklinger koblet i serie, optimert for drift på vekselstrøm i et husholdningsstrømforsyningsnettverk. Motoren roterer i én retning, uavhengig av polaritet. Dette skyldes det faktum at seriekoblingen av stator- og rotorviklingene fører til en samtidig endring i deres magnetiske poler, og på grunn av dette blir det resulterende dreiemomentet rettet i én retning.
Hva er den laget av?
AC-kommutatormotoren involverer bruk av magnetiskmykt materiale med lav hysterese. For å redusere virvelstrømstap er dette elementet laget av stablede plater med isolasjon. Som en undergruppe av AC-kollektormaskiner er det vanlig å skille ut pulserende strømenheter, som oppnås ved å likerette strømmen til en enfasekrets uten å bruke rippelutjevning.
En AC-kommutatormotor er oftest preget av følgende funksjon: i lavhastighetsmodus tillater ikke den induktive motstanden til statorviklingene at strøm forbrukes mer enn visse grenser, mens det maksimale motormomentet er også begrenset til 3-5 av de nominelle. Tilnærming av mekaniske egenskaper oppnås ved bruk av seksjonering av statorviklingene - separate utganger brukes for å koble til vekselstrøm.
En ganske vanskelig oppgave innebærer å bytte en kraftig vekselstrømsamler. I det øyeblikket seksjonen passerer nøytralen, endrer magnetfeltet, som er i inngrep med rotoren, retning til motsatt, og dette forårsaker generering av reaktiv EMF i seksjonen. Dette skjer når du kjører på vekselstrøm. I vekselstrømkollektormaskiner finner også reaktiv EMF sted. Transformatoren EMF er også notert her, siden rotoren er i statormagnetfeltet, som pulserer i tid. En jevn start av kollektormotoren er ikke mulig, siden maskinens amplitude i dette øyeblikk vil være maksimal, og når den nærmer seg synkroniseringshastigheten, vil den reduseres proporsjon alt. Som videreakselerasjon, vil en ny økning noteres. For å løse bytteproblemet i dette tilfellet, foreslås flere sekvensielle trinn:
- Enkeltsvingsseksjon bør foretrekkes i utformingen for å redusere clutchstrømmen.
- Den aktive motstanden til seksjonen må økes, hvor de mest lovende elementene er motstander i kollektorplatene, hvor det observeres god kjøling.
- Kommutatoren må aktivt slipes med børster med maksimal hardhet med størst motstand.
- Reaktiv EMF kan kompenseres ved å bruke ekstra poler med serieviklinger, og parallellviklinger kan brukes for transformator EMF-kompensasjon. Siden verdien av sistnevnte parameter er en funksjon av rotorens vinkelhastighet og magnetiseringsstrømmen, krever slike viklinger bruk av slavekontrollsystemer, som ennå ikke eksisterer.
- Frekvensen til forsyningskretsene bør være så lav som mulig. De mest populære alternativene er 16 og 25 Hz.
- Reverseringen av UKD utføres ved å bytte polariteten til stator- eller rotorviklingene.
Fordeler og ulemper
Følgende forhold brukes til sammenligning: enhetene er koblet til et elektrisk husholdningsnett med en spenning på 220 volt og en frekvens på 50 Hz, mens motoreffekten er den samme. Forskjellen i de mekaniske egenskapene til enheter kan være en ulempe eller en fordel iavhengig av kravene til stasjonen.
Så, en AC-kommutatormotor: fordeler sammenlignet med en DC-enhet:
- Tilkoblingen til nettverket gjøres direkte, og det er ikke nødvendig å bruke tilleggskomponenter. Når det gjelder en DC-enhet, kreves utbedring.
- Startstrømmen er mye mindre, noe som er veldig viktig for enheter som brukes i hverdagen.
- Hvis det er en kontrollkrets, er enheten mye enklere - en reostat og en tyristor. Hvis den elektroniske komponenten svikter, vil samlemotoren, hvis pris avhenger av effekten og varierer fra 1400 rubler eller mer, forbli i drift, men vil umiddelbart slå seg på med full kraft.
Det er også visse ulemper:
- På grunn av tap på grunn av statorreversering og induktans, er den totale effektiviteten merkbart redusert.
- Maksim alt dreiemoment er også redusert.
Enfasede kollektorelektriske motorer har visse fordeler sammenlignet med asynkrone:
- kompakthet;
- manglende binding til nettverkets frekvens og hastighet;
- betydelig startmoment;
- proporsjonal reduksjon og økning i hastighet i automatisk modus, samt en økning i dreiemoment med økende belastning, mens forsyningsspenningen forblir uendret;
- hastighetskontroll kan være jevn over et ganske bredt område ved å endre forsyningsspenningen.
Ulemper sammenlignet med induksjonsmotor
- når belastningen endres, vil hastigheten være ustabil;
- børste-samler-enheten gjør enheten lite pålitelig (behovet for å bruke de mest stive børstene reduserer ressursen betydelig);
- AC-svitsjing forårsaker en sterk gnist på kollektoren, og det dannes radiointerferens;
- høyt støynivå under drift;
- manifolden er preget av et stort antall deler, noe som gjør motoren ganske massiv.
Moderne kommutatormotor er preget av en ressurs som kan sammenlignes med egenskapene til mekaniske gir og arbeidskropper.
Andre sammenligninger
Når man sammenligner kollektor- og asynkronmotorer med samme effekt, uavhengig av nominell frekvens til sistnevnte, oppnås en annen karakteristikk. Dette vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor. Den universelle kollektorelektriske motoren implementerer en "myk" karakteristikk. I dette tilfellet er momentet direkte proporsjon alt med belastningen på akselen, mens omdreiningene er omvendt proporsjonale med den. Det nominelle dreiemomentet er vanligvis mindre enn det maksimale med 3-5 ganger. Tomgangshastighetsbegrensning karakteriseres utelukkende av tap i motoren, mens du slår på en kraftig enhet uten belastning, kan den kollapse.
Karakteristikken til en asynkronmotor er "vifte", det vil si at enheten holder en hastighet nær den nominelle, øker dreiemomentet så kraftig som mulig med en liten reduksjon i hastigheten. Hvis vi snakker om en betydelig endring i denne indikatoren, øker ikke motormomentet bare, men reduseres ogsåtil null, noe som fører til fullstendig stopp. Tomgangshastigheten er litt høyere enn den nominelle, mens den forblir konstant. Et kjennetegn ved en enfase induksjonsmotor er et ekstra sett med problemer knyttet til start, siden den ikke utvikler startmoment under normale forhold. Magnetfeltet til en enfaset stator, som pulserer i tid, brytes opp i to felt med motsatte faser, noe som gjør det umulig å starte uten alle slags triks:
- kapasitans som skaper en kunstig fase;
- delt spor;
- aktiv motstand som danner en kunstig fase.
Teoretisk sett reduserer et anti-fase roterende felt den maksimale effektiviteten til en enfaset asynkron enhet til 50-60 % på grunn av tap i et overmettet magnetisk system og viklinger belastet med motfeltstrømmer. Det viser seg at det er to elektriske maskiner på samme aksel, mens den ene opererer i motormodus, og den andre i opposisjonsmodus. Det viser seg at enfase-kollektorelektriske motorer ikke kjenner konkurrenter i de respektive nettverkene. Det var dette som fortjente så høy popularitet.
De mekaniske egenskapene til den elektriske motoren gir den et visst bruksområde. Lave hastigheter, begrenset av frekvensen til vekselstrømnettet, gjør asynkrone enheter med tilsvarende effekt store i vekt og størrelse sammenlignet med universelle samlere. Men når den inkluderes i strømkretsen til omformeren med høy frekvens, kan sammenlignbare dimensjoner og vekt oppnås. Stivheten til den mekaniske karakteristikken forblirmotor, som kommer i tillegg strømkonverteringstap, samt en økning i frekvens, øker magnetiske og induktive tap.
Analoger uten manifoldmontering
En AC-kommutatormotor har en analog som er nærmest seg når det gjelder mekaniske egenskaper - en ventil, hvor børste-samlerenheten ble erstattet med en inverter utstyrt med en rotorposisjonssensor. Følgende system brukes som en elektronisk analog til denne enheten: en likeretter, en synkronmotor med en rotorvinkelposisjonssensor, kombinert med en omformer. Tilstedeværelsen av permanente magneter i rotoren reduserer imidlertid det maksimale dreiemomentet samtidig som dimensjonene opprettholdes.
Driftsprinsipp
Den elektriske samlerenheten viser hvordan enheten konverterer elektrisk energi til mekanisk energi og omvendt. Dette indikerer dens evne til å brukes som en generator. Det er verdt å vurdere mer detaljert den elektriske motoren for samleren, hvis diagram vil demonstrere dens evner.
Fysikkens lover sier tydelig at når en elektrisk strøm føres gjennom en leder i et magnetfelt, utøves en viss kraft på den. I dette tilfellet fungerer høyreregelen, som har en direkte innvirkning på kraften til den elektriske motoren. Kommutatormotoren fungerer nøyaktig etter dette grunnleggende prinsippet.
Fysikk lærer oss at grunnlagetå lage de riktige tingene er små regler. Dette fungerte som grunnlaget for å lage en ramme som roterte i et magnetfelt, noe som gjorde det mulig å lage en elektrisk samlemotor. Diagrammet viser at et par ledere er plassert i et magnetfelt, hvis strøm er rettet i motsatte retninger, og dermed kreftene også. Summen deres gir det nødvendige dreiemomentet. Enheten til en elektrisk motor er mye mer komplisert, siden et helt kompleks av nødvendige elementer er lagt til den, spesielt en kollektor som gir samme strømretning over polene. Den ujevne vandringen ble eliminert ved å plassere flere spoler på ankeret, mens permanentmagnetene ble erstattet av spoler, noe som eliminerte behovet for likestrøm. Dette gjorde det mulig å gi dreiemomentet en enkelt retning.
Gjør-det-selv elektrisk motorreparasjon
Som alle andre enheter kan denne enheten svikte uansett årsak. Hvis den elektriske motoren, bildet du kan se i vår anmeldelse, ikke kan få det nødvendige antall omdreininger, eller akselen ikke spinner når den startes, må du sjekke om sikringene har gått, hvis det er innbrudd den elektriske ankerkretsen, hvis selve enheten er overbelastet. Svært ofte resulterer overbelastning i unorm alt strømforbruk. For å eliminere denne feilen er det nødvendig å inspisere den mekaniske girkassen og bremsen nøye, og deretter eliminere årsakene til overbelastning.
Utformingen av den elektriske motoren er slik at når den starter, forbruker denen viss mengde strøm. Hvis den er større enn den nominelle verdien, er det nødvendig å kontrollere konsistensen av forbindelsen til parallell- og serieviklingene i forhold til hverandre, så vel som i forhold til reostaten. Når gjør-det-selv elektromotorreparasjoner utføres, gjøres det oftest ganske spesifikke feil. Spesielt kan shuntviklingen kobles i serie med den elektriske motstanden til reostaten, eller kobles til en pol i det elektriske nettverket.
Konsistensen av tilkoblingen til den fungerende eksitasjonsviklingen utføres ved å koble en av endene av shuntviklingen med ankerenden, og den andre - med en elektrisk leder som kommer fra reostatbuen. Vanligvis er tverrsnittet til denne elektriske lederen litt mindre enn de andre, så det kan oppdages uten megger. Etter å ha slått på strømbryteren og flyttet reostat-glidebryteren til midtposisjon, tilføres strøm til de frie endene. Ved hjelp av en kontrollampe utføres en sekvensiell kontroll av alle ledende ender. Når du berører en av dem, skal lampen lyse, men ikke med den andre. Slik testes hele motoren. Prisen på arbeidet som utføres vil avhenge av typen havari av enheten.
Hvis det under drift av enheten er et antall omdreininger som er mindre enn det nominelle, så er hovedårsakene til dette vanligvis følgende: lav nettspenning, overbelastning av enheten, stor spenningsstrøm. Hvis en inoperabilitet av motsatt art er notert, er det nødvendig å kontrollere eksitasjonskretsen, eliminere alle identifiserte defekter, hvoretterdu kan stille inn normalverdien til eksitasjonsstrømmen. I noen tilfeller kan det være nødvendig å spole tilbake motorene.
Når årsaken til enhetens manglende funksjon er feilaktig sammenkobling av parallell- og seriefeltviklingene, er det nødvendig å gjenopprette riktig tilkoblingsrekkefølge. Hvis det ikke er mulig å eliminere et slikt problem på en enkel måte, kan det være nødvendig å spole tilbake de elektriske motorene. Det er også nødvendig å kontrollere størrelsen på spenningen i det elektriske nettverket, siden med en økning i dens nominelle verdi, kan enhetens omdreininger øke.
