Komutatorski motor je sinkroni električni stroj u kojem su strujni prekidač u namotu i senzor položaja rotora izrađeni u obliku istog uređaja - sklopa četka-kolektor. Ovaj uređaj dolazi u mnogo oblika.
Varieties
A DC komutatorski motor obično uključuje stavke kao što su:
- tropolni rotor na kliznim ležajevima;
- dvopolni stator s permanentnim magnetom;
- bakrene ploče kao četke sklopa komutatora.
Ovaj set je tipičan za rješenja najniže snage koja se obično koriste u dječjim igračkama gdje nije potrebna velika snaga. Snažniji motori uključuju još nekoliko strukturnih elemenata:
- četiri grafitne četke u obliku skupljača;
- višepolni rotor na kotrljajućim ležajevima;
- stator s permanentnim magnetom s četiri pola.
Najčešće ova vrsta motornog uređajakoristi se u modernim automobilima za pogon ventilatora sustava hlađenja i ventilacije, pumpi za pranje, brisačima i drugim elementima. Postoje i složeniji agregati.
Snaga električnog motora od nekoliko stotina vata uključuje korištenje četveropolnog statora napravljenog od elektromagneta. Za spajanje njegovih namota može se koristiti jedna od nekoliko metoda:
- U seriji s rotorom. U ovom slučaju postiže se veliki maksimalni okretni moment, međutim, zbog velike brzine u praznom hodu, rizik od oštećenja motora je visok.
- Paralelno s rotorom. U ovom slučaju, brzina ostaje stabilna pod promjenjivim uvjetima opterećenja, ali je maksimalni zakretni moment osjetno manji.
- Mješovita pobuda, kada je dio namota spojen serijski, a dio paralelno. U ovom slučaju kombiniraju se prednosti prethodnih opcija. Ova vrsta se koristi za startere automobila.
- Nezavisna pobuda, koja koristi zasebno napajanje. U tom slučaju dobivaju se karakteristike koje odgovaraju paralelnom spoju. Ova se opcija rijetko koristi.
Motor komutatora ima određene prednosti: laki su za proizvodnju, popravak, rukovanje, a njihov vijek trajanja je prilično velik. Kao nedostatke obično se ističe sljedeće: učinkoviti dizajni takvih uređaja su obično velike brzine i malog momenta, pa većina pogona zahtijeva ugradnju mjenjača. Ova tvrdnja je dobro utemeljenabudući da električni stroj orijentiran na malu brzinu karakterizira podcijenjena učinkovitost, kao i problemi s hlađenjem povezani s tim. Potonji su takvi da je za njih teško pronaći elegantno rješenje.
Univerzalni komutatorski motor
Ova varijanta je vrsta DC komutatora koji može raditi i na istosmjernoj i na izmjeničnoj struji. Uređaj je postao široko rasprostranjen u nekim vrstama kućanskih aparata i ručnih alata zbog svoje male veličine, male težine, niske cijene i jednostavnosti kontrole brzine. Često se nalazi kao vučno vozilo na željeznicama Sjedinjenih Država i Europe. Možete uzeti u obzir uređaj elektromotora.
Obilježja dizajna
Za bolje razumijevanje ovog problema, trebali biste detaljnije razmotriti što je činilo osnovu predstavljenog uređaja. Univerzalni komutatorski motor je jednosmjerni uređaj s uzbudnim namotima povezanim u seriju, optimiziran za rad na izmjeničnu struju kućne mreže napajanja. Motor se okreće u jednom smjeru, bez obzira na polaritet. To je zbog činjenice da serijski spoj namota statora i rotora dovodi do istovremene promjene njihovih magnetskih polova, te je zbog toga rezultirajući moment usmjeren u jednom smjeru.
Od čega je napravljen?
Izmjenični komutatorski motor uključuje korištenje magnetskogmekani materijal s niskom histerezom. Kako bi se smanjili gubici vrtložnih struja, ovaj element je izrađen od naslaganih ploča s izolacijom. Kao podskup AC kolektorskih strojeva, uobičajeno je izdvojiti jedinice pulsirajuće struje, koje se dobivaju ispravljanjem struje jednofaznog kruga bez korištenja mreškanja.
Motor s komutatorom na izmjeničnu struju najčešće karakterizira sljedeća karakteristika: u načinu rada niske brzine, induktivni otpor namota statora ne dopušta da se struja troši više od određenih granica, dok je maksimalni moment motora također ograničen na 3-5 nominalnih. Približavanje mehaničkih karakteristika postiže se korištenjem sekcije statorskih namota - odvojeni izlazi se koriste za spajanje izmjenične struje.
Prilično težak zadatak uključuje prebacivanje snažnog kolektora izmjenične struje. U trenutku kada sekcija prođe neutralno, magnetsko polje, koje je u zahvatu s rotorom, mijenja svoj smjer u suprotan, a to uzrokuje stvaranje reaktivnog EMF-a u sekciji. To se događa kada se radi na AC napajanje. U strojevima za kolektore izmjenične struje također se odvija reaktivni EMF. Ovdje se također navodi EMF transformatora, budući da se rotor nalazi u magnetskom polju statora, koje pulsira u vremenu. Glatko pokretanje motora kolektora nije moguće, jer će u ovom trenutku amplituda stroja biti maksimalna, a kako se približava brzini sinkronizma, proporcionalno će se smanjiti. Kao daljeubrzanja, zabilježit će se novi porast. Za rješavanje problema prebacivanja u ovom slučaju, predloženo je nekoliko uzastopnih koraka:
- Sekcija s jednim okretom treba biti poželjna u dizajnu kako bi se smanjio protok spojke.
- Potrebno je povećati aktivni otpor sekcije, za što su najperspektivniji elementi otpornici u kolektorskim pločama, gdje se opaža dobro hlađenje.
- Komutator mora biti aktivno brušen četkama maksimalne tvrdoće s najvećim otporom.
- Reaktivni EMF može se kompenzirati korištenjem dodatnih polova sa serijskim namotima, a paralelni namoti su primjenjivi za kompenzaciju EMF transformatora. Budući da je vrijednost potonjeg parametra funkcija kutne brzine rotora i struje magnetiziranja, takvi namoti zahtijevaju korištenje podređenih upravljačkih sustava, koji još ne postoje.
- Frekvencija dovodnih krugova treba biti što niža. Najpopularnije opcije su 16 i 25 Hz.
- Preokret UKD-a izvodi se promjenom polariteta namota statora ili rotora.
Za i protiv
Za usporedbu koriste se sljedeći uvjeti: uređaji su priključeni na kućnu električnu mrežu napona 220 volti i frekvencije 50 Hz, a snaga motora je ista. Razlika u mehaničkim karakteristikama uređaja može biti nedostatak ili prednost uovisno o zahtjevima pogona.
Dakle, AC komutatorski motor: prednosti u usporedbi s DC jedinicom:
- Veza s mrežom se ostvaruje izravno i nema potrebe za korištenjem dodatnih komponenti. U slučaju DC jedinice, potrebno je ispravljanje.
- Startna struja je mnogo manja, što je vrlo važno za uređaje koji se koriste u svakodnevnom životu.
- Ako postoji upravljački krug, njegov je uređaj mnogo jednostavniji - reostat i tiristor. Ako elektronička komponenta pokvari, tada će kolektorski motor, čija cijena ovisi o snazi i kreće se od 1400 rubalja ili više, ostati u funkciji, ali će se odmah uključiti punom snagom.
Postoje i određeni nedostaci:
- Zbog gubitaka zbog preokretanja statora i induktivnosti, ukupna učinkovitost je osjetno smanjena.
- Maksimalni moment je također smanjen.
Monofazni kolektorski elektromotori imaju određene prednosti u odnosu na asinkrone:
- kompaktnost;
- nedostatak vezanja za mrežnu frekvenciju i brzinu;
- značajan početni moment;
- proporcionalno smanjenje i povećanje brzine u automatskom načinu rada, kao i povećanje okretnog momenta s povećanjem opterećenja, dok napon napajanja ostaje nepromijenjen;
- kontrola brzine može biti glatka u prilično širokom rasponu promjenom napona napajanja.
Nedostaci u usporedbi s indukcijskim motorom
- kada se opterećenje promijeni, brzina će biti nestabilna;
- sklop sakupljača četkica čini uređaj ne baš pouzdanim (potreba za korištenjem najčvršćih četki značajno smanjuje resurse);
- AC prebacivanje uzrokuje jaku iskru na kolektoru i stvaraju se radijske smetnje;
- visoka razina buke tijekom rada;
- razdjelnik se odlikuje velikim brojem dijelova, što motor čini prilično masivnim.
Moderni komutatorski motor karakterizira resurs koji se može usporediti s mogućnostima mehaničkih zupčanika i radnih tijela.
Druge usporedbe
Usporedbom kolektorskih i asinkronih motora iste snage, bez obzira na nazivnu frekvenciju potonjeg, dobiva se drugačija karakteristika. To će biti detaljnije opisano u nastavku. Univerzalni kolektorski elektromotor implementira "meku" karakteristiku. U ovom slučaju, moment je izravno proporcionalan opterećenju na osovini, dok su okretaji obrnuto proporcionalni njemu. Nazivni moment je obično manji od maksimalnog 3-5 puta. Ograničenje broja okretaja u praznom hodu karakteriziraju isključivo gubici u motoru, dok se pri uključivanju moćne jedinice bez opterećenja može srušiti.
Karakteristika asinkronog motora je "ventilator", odnosno jedinica održava brzinu blizu nominalne, povećavajući okretni moment što je naglo moguće uz lagano smanjenje brzine. Ako govorimo o značajnoj promjeni ovog pokazatelja, tada se okretni moment motora ne samo da se ne povećava, već se i smanjujena nulu, što dovodi do potpunog zaustavljanja. Brzina u praznom hodu je nešto veća od nominalne, a ostaje konstantna. Karakteristika jednofaznog asinkronog motora je dodatni skup problema povezanih s pokretanjem, budući da ne razvija početni moment u normalnim uvjetima. Magnetno polje jednofaznog statora, pulsira u vremenu, raspada se na dva polja s suprotnim fazama, što onemogućuje pokretanje bez svih vrsta trikova:
- kapacitivnost koja stvara umjetnu fazu;
- podijeljeni utor;
- aktivni otpor koji formira umjetnu fazu.
Teoretski, protufazno rotacijsko polje smanjuje maksimalnu učinkovitost jednofazne asinkrone jedinice na 50-60% zbog gubitaka u prezasićenom magnetskom sustavu i namotima opterećenim strujama protupolja. Ispostavilo se da se na istoj osovini nalaze dva električna stroja, pri čemu jedan radi u motornom, a drugi u opozicijskom. Ispada da jednofazni kolektorski elektromotori ne poznaju konkurente u odgovarajućim mrežama. To je ono što je zaslužilo tako veliku popularnost.
Mehaničke karakteristike elektromotora daju mu određeni opseg upotrebe. Male brzine, ograničene frekvencijom izmjenične mreže, čine asinkrone jedinice slične snage velike težine i veličine u usporedbi s univerzalnim kolektorima. Međutim, kada je uključen u strujni krug pretvarača s visokom frekvencijom, mogu se postići usporedive dimenzije i težina. Ostaje krutost mehaničke karakteristikemotora, kojem se dodaju gubici pretvorbe struje, kao i povećanje frekvencije, povećavaju se magnetski i induktivni gubici.
Analozi bez sklopa razdjelnika
AC komutatorski motor ima analogni koji mu je najbliži po mehaničkim karakteristikama - ventilski, gdje je sklop četka-kolektor zamijenjen inverterom opremljenim senzorom položaja rotora. Kao elektronički analog ove jedinice koristi se sljedeći sustav: ispravljač, sinkroni motor sa senzorom kutnog položaja rotora, u kombinaciji s inverterom. Međutim, prisutnost trajnih magneta u rotoru smanjuje maksimalni moment uz zadržavanje dimenzija.
Princip rada
Kolektorski elektromotorni uređaj pokazuje kako uređaj pretvara električnu energiju u mehaničku energiju i obrnuto. To ukazuje na njegovu sposobnost da se koristi kao generator. Vrijedi detaljnije razmotriti kolektorski elektromotor, čiji će dijagram pokazati njegove mogućnosti.
Zakoni fizike jasno govore da kada električna struja prolazi kroz vodič u magnetskom polju, na njega djeluje određena sila. U ovom slučaju radi pravilo desne ruke, što ima izravan utjecaj na snagu elektromotora. Komutatorski motor radi upravo na ovom osnovnom principu.
Fizika nas uči da je osnovastvaranje pravih stvari mala su pravila. To je poslužilo kao osnova za stvaranje okvira koji se rotira u magnetskom polju, što je omogućilo stvaranje kolektorskog elektromotora. Dijagram pokazuje da je par vodiča smješten u magnetsko polje čija je struja usmjerena u suprotnim smjerovima, a time i sile. Njihov zbroj daje potreban zakretni moment. Uređaj elektromotora mnogo je kompliciraniji, jer mu je dodan cijeli kompleks potrebnih elemenata, posebno kolektor koji osigurava isti smjer struje preko polova. Neravnomjeran hod otklonjen je postavljanjem više zavojnica na armaturu, dok su trajni magneti zamijenjeni zavojnicama, čime je eliminirana potreba za istosmjernom strujom. To je omogućilo da se zakretni moment da u jednom smjeru.
Uradi sam popravak elektromotora
Kao i svaki drugi uređaj, ovaj uređaj može otkazati iz bilo kojeg razloga. Ako elektromotor, čiju fotografiju možete vidjeti u našoj recenziji, ne može postići potreban broj okretaja ili se osovina ne okreće pri pokretanju, morate provjeriti jesu li pregorili osigurači, ima li lomova u električni krug armature, ako je sam uređaj preopterećen. Vrlo često preopterećenje rezultira abnormalnom potrošnjom struje. Da biste otklonili ovaj kvar, potrebno je pažljivo pregledati mehanički prijenos i kočnicu, a zatim otkloniti uzroke preopterećenja.
Dizajn elektromotora je takav da kada se pokrene, trošiodređena količina struje. Ako je veća od nazivne vrijednosti, potrebno je provjeriti dosljednost spoja paralelnih i serijskih namota međusobno, kao iu odnosu na reostat. Kada se izvode sami popravci elektromotora, najčešće se rade sasvim specifične pogreške. Konkretno, skretni namot može biti spojen serijski s električnim otporom reostata, ili spojen na jedan pol električne mreže.
Provjera konzistentnosti spoja radnog namota uzbude provodi se spajanjem jednog od krajeva shunt namota s sidrenim krajem, a drugog - s električnim vodičem koji dolazi iz luka reostata. Obično je presjek ovog električnog vodiča nešto manji od ostalih, pa se može detektirati bez meggera. Nakon uključivanja prekidača za napajanje i pomicanja klizača reostata u srednji položaj, napajanje se dovodi do slobodnih krajeva. Pomoću kontrolne lampe provodi se sekvencijalna provjera svih vodljivih krajeva. Kada dodirnete jednu od njih, lampa bi trebala zasvijetliti, ali ne s drugom. Ovako se testira cijeli motor. Cijena obavljenog posla ovisit će o vrsti kvara jedinice.
Ako tijekom rada uređaja postoji broj okretaja koji je manji od nominalnog, tada su glavni razlozi za to obično sljedeći: nizak mrežni napon, preopterećenje uređaja, velika uzbudljiva struja. Ako se primijeti neoperabilnost suprotne prirode, potrebno je provjeriti uzbudni krug, ukloniti sve identificirane nedostatke, nakon čegamožete postaviti normalnu vrijednost struje uzbude. U nekim slučajevima može biti potrebno premotati motore.
Kada je razlog neispravnosti jedinice pogrešno uparivanje paralelnog i serijskog namota polja, potrebno je vratiti ispravan redoslijed povezivanja. Ako takav problem nije moguće otkloniti na jednostavan način, možda će biti potrebno premotati elektromotore. Također je potrebno provjeriti veličinu napona u električnoj mreži, jer s povećanjem njegove nazivne vrijednosti, broj okretaja uređaja može porasti.
