Komutatorski motor je sinhrona električna mašina u kojoj su strujni prekidač u namotaju i senzor položaja rotora izrađeni u obliku istog uređaja - sklopa četka-kolektor. Ovaj uređaj dolazi u više 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 kolektorskog sklopa;
- višepolni rotor na kotrljajućim ležajevima;
- stator sa permanentnim magnetom sa četiri pola.
Najčešće ovaj tip motornog uređajakoristi se u modernim automobilima za pogon ventilatora sistema za hlađenje i ventilaciju, pumpi za pranje, brisačima i drugim elementima. Postoje i složeniji agregati.
Snaga električnog motora od nekoliko stotina vati uključuje korištenje četveropolnog statora napravljenog od elektromagneta. Za povezivanje njegovih namotaja može se koristiti jedan od nekoliko metoda:
- U seriji sa rotorom. U ovom slučaju se postiže veliki maksimalni obrtni moment, međutim, zbog velike brzine u praznom hodu, rizik od oštećenja motora je visok.
- Paralelno sa rotorom. U ovom slučaju, brzina ostaje stabilna pod promjenjivim uvjetima opterećenja, ali je maksimalni obrtni moment primjetno manji.
- Mješovita pobuda, kada je dio namotaja spojen serijski, a dio paralelno. U ovom slučaju kombiniraju se prednosti prethodnih opcija. Ovaj tip se koristi za startere automobila.
- Nezavisna pobuda, koja koristi odvojeno napajanje. U ovom slučaju dobijaju se karakteristike koje odgovaraju paralelnoj vezi. Ova opcija se rijetko koristi.
Motor komutatora ima određene prednosti: laki su za proizvodnju, popravku, rad, a njihov vijek trajanja je prilično velik. Kao nedostatke obično se ističe sljedeće: učinkoviti dizajni ovakvih uređaja su obično velike brzine i malog okretnog momenta, pa većina pogona zahtijeva ugradnju mjenjača. Ova tvrdnja je dobro utemeljenabudući da električnu mašinu orijentisanu na malu brzinu karakteriše podcijenjena efikasnost, kao i problemi s hlađenjem povezani s tim. Potonji su takvi da je za njih teško naći elegantno rješenje.
Univerzalni komutatorski motor
Ova varijanta je vrsta DC komutatorske mašine koja može raditi i na DC i AC. Uređaj je postao široko rasprostranjen u nekim vrstama kućanskih aparata i ručnih alata zbog svoje male veličine, male težine, niske cijene i lakoće kontrole brzine. Često se nalazi kao vučno vozilo na prugama Sjedinjenih Država i Evrope. Možete uzeti u obzir uređaj elektromotora.
Karakteristike dizajna
Za bolje razumijevanje ovog problema, trebali biste detaljnije razmotriti šta je činilo osnovu predstavljenog uređaja. Univerzalni komutatorski motor je jednosmjerni uređaj sa uzbudnim namotajima povezanim u seriju, optimiziran za rad na naizmjeničnu struju mreže za napajanje domaćinstva. Motor se okreće u jednom smjeru, bez obzira na polaritet. To je zbog činjenice da serijski spoj namotaja statora i rotora dovodi do istovremene promjene njihovih magnetnih polova, te je zbog toga rezultirajući moment usmjeren u jednom smjeru.
Od čega je napravljen?
AC komutatorski motor uključuje upotrebu magnetamekani materijal sa niskom histerezom. Da bi se smanjili gubici vrtložnih struja, ovaj element je napravljen od naslaganih ploča sa izolacijom. Kao podskup mašina sa kolektorima naizmenične struje, uobičajeno je da se izdvajaju jedinice pulsirajuće struje, koje se dobijaju ispravljanjem struje jednofaznog kola bez korišćenja glajenja talasa.
Motor sa komutatorom naizmenične struje najčešće karakteriše sledeća karakteristika: u režimu male brzine, induktivni otpor namotaja statora ne dozvoljava da se struja troši više od određenih granica, dok je maksimalni obrtni moment motora također ograničen na 3-5 nominalnih. Približavanje mehaničkih karakteristika postiže se korištenjem sekcije namotaja statora - odvojeni izlazi se koriste za povezivanje naizmjenične struje.
Prilično težak zadatak uključuje prebacivanje moćne mašine za kolektor naizmjenične struje. U trenutku kada sekcija prođe neutralno, magnetsko polje, koje je u zahvatu sa rotorom, mijenja svoj smjer u suprotan, a to uzrokuje stvaranje reaktivnog EMF-a u sekciji. Ovo se dešava kada se radi na AC napajanje. U mašinama za kolektore naizmjenične struje javlja se i reaktivni EMF. Ovdje je naveden i EMF transformatora, jer se rotor nalazi u magnetskom polju statora, koje pulsira u vremenu. Neometano pokretanje motora kolektora nije moguće, jer će u ovom trenutku amplituda mašine biti maksimalna, a kako se približava brzini sinhronizma, proporcionalno će se smanjiti. Kao daljeubrzanja, primijetit će se novo povećanje. Za rješavanje problema prebacivanja u ovom slučaju, predloženo je nekoliko uzastopnih koraka:
- Sekcija sa jednim okretom bi trebala biti poželjna u dizajnu kako bi se smanjio protok kvačila.
- Potrebno je povećati aktivni otpor sekcije, za šta su najperspektivniji elementi otpornici u kolektorskim pločama, gdje se zapaža dobro hlađenje.
- Komutator mora biti aktivno brušen četkama maksimalne tvrdoće sa najvećim otporom.
- Reaktivni EMF se može kompenzirati korištenjem dodatnih polova sa serijskim namotajima, a paralelni namotaji su primjenjivi za kompenzaciju EMF transformatora. Budući da je vrijednost posljednjeg parametra funkcija ugaone brzine rotora i struje magnetiziranja, takvi namoti zahtijevaju korištenje podređenih upravljačkih sistema, koji još ne postoje.
- Frekvencija strujnih krugova treba da bude što je moguće niža. Najpopularnije opcije su 16 i 25 Hz.
- Preokret UKD-a se izvodi promjenom polariteta namotaja statora ili rotora.
Za i protiv
Za poređenje se koriste sledeći uslovi: uređaji su priključeni na kućnu električnu mrežu napona 220 volti i frekvencije 50 Hz, dok je snaga motora ista. Razlika u mehaničkim karakteristikama uređaja može biti mana ili prednost uovisno o zahtjevima pogona.
Dakle, AC komutatorski motor: prednosti u odnosu na DC jedinicu:
- Veza na mrežu se vrši direktno i nema potrebe za korištenjem dodatnih komponenti. U slučaju DC jedinice, potrebno je ispravljanje.
- Startna struja je mnogo manja, što je veoma važno za uređaje koji se koriste u svakodnevnom životu.
- Ako postoji upravljački krug, njegov uređaj je mnogo jednostavniji - reostat i tiristor. Ako elektronska komponenta pokvari, tada će kolektorski motor, čija cijena ovisi o snazi i kreće se od 1.400 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 efikasnost je primjetno smanjena.
- Maksimalni obrtni moment je također smanjen.
Monofazni kolektorski elektromotori imaju određene prednosti u odnosu na asinkrone:
- kompaktnost;
- nedostatak vezivanja za mrežnu frekvenciju i brzinu;
- značajan startni moment;
- proporcionalno smanjenje i povećanje brzine u automatskom režimu, kao i povećanje obrtnog momenta sa povećanjem opterećenja, dok napon napajanja ostaje nepromenjen;
- kontrola brzine može biti glatka u prilično širokom rasponu promjenom napona napajanja.
Nedostaci u poređenju sa indukcionim 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 stvara se radio smetnje;
- visok nivo buke tokom rada;
- razdjelnik se odlikuje velikim brojem dijelova, što motor čini prilično masivnim.
Moderni komutatorski motor karakteriziraju resursi uporedivi sa mogućnostima mehaničkih zupčanika i radnih tijela.
Ostala poređenja
Kada se porede kolektorski i asinhroni motori iste snage, bez obzira na nazivnu frekvenciju potonjeg, dobija se drugačija karakteristika. Ovo će biti detaljnije opisano u nastavku. Univerzalni kolektorski elektromotor implementira "meku" karakteristiku. U ovom slučaju, moment je direktno proporcionalan opterećenju na osovini, dok su okretaji obrnuto proporcionalni njemu. Nazivni obrtni moment je obično manji od maksimalnog 3-5 puta. Ograničenje u praznom hodu karakteriziraju isključivo gubici u motoru, dok se pri uključivanju moćne jedinice bez opterećenja može srušiti.
Karakteristika asinhronog motora je "ventilator", to jest, jedinica održava brzinu blizu nominalne, povećavajući obrtni moment što je moguće oštrije uz lagano smanjenje brzine. Ako govorimo o značajnoj promjeni ovog indikatora, tada se okretni moment motora ne samo da se ne povećava, već i smanjujena nulu, što dovodi do potpunog zaustavljanja. Brzina u praznom hodu je nešto veća od nominalne, a ostaje konstantna. Karakteristika jednofaznog asinhronog 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 sa suprotnim fazama, što onemogućuje pokretanje bez svih vrsta trikova:
- kapacitivnost koja stvara vještačku fazu;
- podijeljeni žljeb;
- aktivni otpor koji formira vještačku fazu.
Teoretski, antifazno rotirajuće polje smanjuje maksimalnu efikasnost jednofazne asinhrone jedinice na 50-60% zbog gubitaka u prezasićenom magnetnom sistemu i namotajima opterećenim strujama suprotnog polja. Ispostavilo se da se na istoj osovini nalaze dvije električne mašine, pri čemu jedna radi u motornom, a druga u opozicijskom. Ispostavilo se 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 AC mreže, čine asinkrone jedinice slične snage velikim po težini i veličini u usporedbi s univerzalnim kolektorima. Međutim, kada se uključi u strujni krug pretvarača s visokom frekvencijom, mogu se postići uporedive dimenzije i težina. Ostaje krutost mehaničke karakteristikemotora, kome se dodaju gubici konverzije struje, kao i povećanje frekvencije, povećavaju se magnetni i induktivni gubici.
Analozi bez sklopa razvodnika
AC komutatorski motor ima analogni koji mu je najbliži po mehaničkim karakteristikama - ventilski, gdje je sklop četka-kolektor zamijenjen invertorom opremljenim senzorom položaja rotora. Kao elektronski analog ove jedinice koristi se sljedeći sistem: ispravljač, sinhroni motor sa senzorom kutnog položaja rotora, u kombinaciji sa inverterom. Međutim, prisustvo trajnih magneta u rotoru smanjuje maksimalni obrtni moment uz zadržavanje dimenzija.
Princip rada
Kolektorski elektromotorni uređaj pokazuje kako uređaj pretvara električnu energiju u mehaničku energiju i obrnuto. Ovo 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 se električna struja prođe kroz provodnik u magnetskom polju, na njega djeluje određena sila. U ovom slučaju radi pravilo desne ruke, što ima direktan utjecaj na snagu elektromotora. Komutatorski motor radi upravo na ovom osnovnom principu.
Fizika nas uči da je osnovastvaranje pravih stvari su mala pravila. Ovo 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 zbir daje potreban obrtni moment. Uređaj elektromotora je mnogo složeniji, jer mu je dodan čitav kompleks potrebnih elemenata, posebno kolektor koji pruža isti smjer struje preko polova. Neravnomjerno kretanje je otklonjeno postavljanjem više zavojnica na armaturu, dok su trajni magneti zamijenjeni zavojnicama, čime je eliminirana potreba za jednosmjernom strujom. Ovo je omogućilo da se obrtni moment da u jednom pravcu.
Uradi sam popravka elektromotora
Kao i svaki drugi uređaj, ova jedinica može pokvariti iz bilo kojeg razloga. Ako elektromotor, čiju fotografiju možete vidjeti u našoj recenziji, ne može postići potreban broj okretaja ili se vratilo ne okreće pri pokretanju, morate provjeriti jesu li mu pregorili osigurači, ima li kvarova 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, trošiodređenu količinu struje. Ako je veća od nominalne vrijednosti, potrebno je provjeriti konzistentnost veze paralelnih i serijskih namotaja međusobno, kao iu odnosu na reostat. Kada se obavljaju sami popravci elektromotora, najčešće se prave sasvim specifične greške. Konkretno, shunt namotaj može biti povezan serijski sa električnim otporom reostata, ili spojen na jedan pol električne mreže.
Provjera konzistentnosti spoja radnog namota pobude vrši se spajanjem jednog od krajeva šant namotaja sa sidrenim krajem, a drugog - s električnim vodičem koji dolazi iz luka reostata. Obično je poprečni 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 vrši se sekvencijalna provjera svih provodnih krajeva. Kada dodirnete jednu od njih, lampa treba da se upali, ali ne i sa drugom. Ovako se testira cijeli motor. Cijena izvedenih radova ovisit će o vrsti kvara jedinice.
Ako tokom rada uređaja dođe do broja obrtaja koji je manji od nominalnog, onda su glavni razlozi za to obično sljedeći: nizak napon mreže, preopterećenje uređaja, velika uzbudljiva struja. Ako se primijeti neoperabilnost suprotne prirode, potrebno je provjeriti krug pobude, eliminirati sve identificirane nedostatke, nakon čegamožete podesiti normalnu vrijednost struje pobude. U nekim slučajevima može biti potrebno premotavanje motora.
Kada je razlog nefunkcionisanja jedinice pogrešno uparivanje paralelnog i serijskog namotaja polja, potrebno je vratiti ispravan redosled 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 nominalne vrijednosti može doći do povećanja broja okretaja uređaja.
