Komutatorski motor je sinhroni električni stroj, pri katerem sta tokovno stikalo v navitju in senzor položaja rotorja izdelana v obliki iste naprave - sklopa krtač-kolektor. Ta naprava je na voljo v različnih oblikah.
Sorte
A DC komutatorski motor običajno vključuje elemente, kot so:
- tripolni rotor na pučnih ležajih;
- dvopolni stator s trajnim magnetom;
- bakrene plošče kot ščetke sklopa komutatorja.
Ta komplet je značilen za rešitve z najnižjo močjo, ki se običajno uporabljajo v otroških igračah, kjer visoka moč ni potrebna. Močnejši motorji vključujejo več strukturnih elementov:
- štiri grafitne ščetke v obliki zbiralnika;
- večpolni rotor na kotalnih ležajih;
- stator s trajnim magnetom s štirimi poli.
Najpogosteje ta tip motorne napraveuporablja se v sodobnih avtomobilih za pogon ventilatorja hladilnega in prezračevalnega sistema, pralnih črpalk, brisalcev in drugih elementov. Obstajajo tudi bolj zapleteni agregati.
Moč električnega motorja več sto vatov vključuje uporabo štiripolnega statorja, izdelanega iz elektromagnetov. Za povezavo njegovih navitij lahko uporabite enega od več načinov:
- V seriji z rotorjem. V tem primeru se doseže velik največji navor, vendar je zaradi visoke hitrosti v prostem teku nevarnost poškodb motorja velika.
- Vzporedno z rotorjem. V tem primeru ostane hitrost stabilna pri spreminjajočih se pogojih obremenitve, vendar je največji navor opazno manjši.
- Mešano vzbujanje, ko je del navitja povezan zaporedno, del pa vzporedno. V tem primeru se združijo prednosti prejšnjih možnosti. Ta vrsta se uporablja za zagon avtomobilov.
- Neodvisno vzbujanje, ki uporablja ločeno napajanje. V tem primeru se pridobijo značilnosti, ki ustrezajo vzporedni povezavi. Ta možnost se redko uporablja.
Kolektorski motor ima določene prednosti: enostavne so za izdelavo, popravilo, upravljanje in njihova življenjska doba je precej dolga. Kot slabosti je običajno izpostavljeno naslednje: učinkovite zasnove takšnih naprav so običajno visoke hitrosti in nizkega navora, zato večina pogonov zahteva namestitev menjalnikov. Ta trditev je utemeljenasaj je za električni stroj, usmerjen pri nizki hitrosti, značilna podcenjena učinkovitost in s tem povezane težave s hlajenjem. Slednji so takšni, da je zanje težko najti elegantno rešitev.
Univerzalni komutatorski motor
Ta varianta je nekakšen DC komutator, ki lahko deluje tako na enosmerni kot AC. Naprava je postala razširjena v nekaterih vrstah gospodinjskih aparatov in ročnega orodja zaradi svoje majhnosti, majhne teže, nizkih stroškov in enostavnega nadzora hitrosti. Precej pogosto najdemo kot vlečno vozilo na železnicah ZDA in Evrope. Lahko razmislite o napravi elektromotorja.
oblikovne značilnosti
Za boljše razumevanje tega vprašanja bi morali podrobneje razmisliti, kaj je tvorilo osnovo predstavljene naprave. Univerzalni komutator motorja je enosmerna naprava z zaporedno povezanimi vzbujevalnimi navitji, optimizirana za delovanje na izmenični tok gospodinjskega napajalnega omrežja. Motor se vrti v eno smer, ne glede na polarnost. To je posledica dejstva, da serijska povezava navitij statorja in rotorja vodi do hkratne spremembe njihovih magnetnih polov, zaradi česar je nastali navor usmerjen v eno smer.
Iz česa je narejen?
Izmenični komutator motor vključuje uporabo magnetnegamehak material z nizko histerezo. Za zmanjšanje izgub zaradi vrtinčnih tokov je ta element izdelan iz zloženih plošč z izolacijo. Kot podskupino kolektorskih strojev za izmenični tok je običajno izpostaviti pulzirajoče tokovne enote, ki jih dobimo z usmerjanjem toka enofaznega vezja brez uporabe glajenja valovanja.
Za AC komutatorski motor je najpogosteje značilna naslednja značilnost: v nizkohitrostnem načinu induktivna upornost statorskih navitij ne dovoljuje, da bi se tok porabil več kot določene meje, medtem ko je največji navor motorja tudi omejeno na 3-5 nominalnih. Približek mehanskih lastnosti je dosežen z uporabo sekcije statorskih navitij - ločeni izhodi se uporabljajo za priključitev izmeničnega toka.
Precej težka naloga vključuje preklop zmogljivega kolektorja izmeničnega toka. V trenutku, ko odsek prečka nevtralno, magnetno polje, ki je v stiku z rotorjem, spremeni svojo smer v nasprotno, kar povzroči generiranje reaktivnega EMF v odseku. To se zgodi, ko deluje na izmenični tok. V strojih za zbiranje izmeničnega toka se pojavlja tudi reaktivna EMF. Tu je omenjen tudi EMF transformatorja, saj je rotor v magnetnem polju statorja, ki utripa v času. Nemoten zagon kolektorskega motorja ni mogoč, saj bo v tem trenutku amplituda stroja največja in ko se približuje hitrosti sinhronizacije, se bo sorazmerno zmanjšala. Kot daljepospeševanja, bo opaziti novo povečanje. Za rešitev težave s preklopom v tem primeru je predlaganih več zaporednih korakov:
- Za zmanjšanje pretoka sklopke je treba dati prednost enojnem obratu.
- Povečati je treba aktivni upor odseka, za katerega so najbolj obetavni elementi upori v kolektorskih ploščah, kjer opazimo dobro hlajenje.
- Komutator mora biti aktivno brušen s ščetkami največje trdote z največjim uporom.
- Reaktivni EMF se lahko kompenzira z uporabo dodatnih polov s serijskimi navitji, vzporedna navitja pa se uporabljajo za kompenzacijo EMF transformatorja. Ker je vrednost slednjega parametra funkcija kotne hitrosti rotorja in magnetizirajočega toka, je za takšna navitja potrebna uporaba podrejenih krmilnih sistemov, ki še ne obstajajo.
- Frekvenca napajalnih tokokrogov mora biti čim nižja. Najbolj priljubljeni možnosti sta 16 in 25 Hz.
- Preobrat UKD se izvede s preklopom polarnosti navitij statorja ali rotorja.
Prednosti in slabosti
Za primerjavo so uporabljeni naslednji pogoji: naprave so priključene na gospodinjsko električno omrežje z napetostjo 220 voltov in frekvenco 50 Hz, moč motorja pa je enaka. Razlika v mehanskih lastnostih naprav je lahko pomanjkljivost ali prednostodvisno od zahtev pogona.
Torej, AC komutatorski motor: prednosti v primerjavi z enoto DC:
- Povezava z omrežjem se vzpostavi neposredno in ni treba uporabljati dodatnih komponent. V primeru enote DC je potreben popravek.
- Zagonski tok je veliko manjši, kar je zelo pomembno za naprave, ki se uporabljajo v vsakdanjem življenju.
- Če obstaja krmilno vezje, je njegova naprava veliko enostavnejša - reostat in tiristor. Če elektronska komponenta odpove, bo kolektorski motor, katerega cena je odvisna od moči in se giblje od 1400 rubljev ali več, ostal deloval, vendar se bo takoj vklopil s polno močjo.
Obstajajo tudi določene pomanjkljivosti:
- Zaradi izgub zaradi preobrata statorja in induktivnosti se splošna učinkovitost opazno zmanjša.
- Zmanjšan je bil tudi največji navor.
Enofazni kolektorski elektromotorji imajo določene prednosti v primerjavi z asinhronimi:
- kompaktnost;
- pomanjkanje vezave na frekvenco in hitrost omrežja;
- pomemben začetni navor;
- sorazmerno zmanjšanje in povečanje hitrosti v samodejnem načinu, pa tudi povečanje navora z naraščajočo obremenitvijo, medtem ko napajalna napetost ostane nespremenjena;
- nadzor hitrosti je lahko gladek v precej širokem območju s spreminjanjem napajalne napetosti.
Slabosti v primerjavi z indukcijskim motorjem
- ko se obremenitev spremeni, bo hitrost nestabilna;
- sklop zbiralnika ščetk naredi napravo nezanesljivo (potreba po uporabi najbolj trdih ščetk znatno zmanjša vir);
- AC preklapljanje povzroči močno iskro na kolektorju in nastanejo radijske motnje;
- visoka raven hrupa med delovanjem;
- za razdelilnik je značilno veliko število delov, zaradi česar je motor precej masiven.
Za sodobni komutatorski motor je značilen vir, ki je primerljiv z zmogljivostmi mehanskih zobnikov in delovnih teles.
Druge primerjave
Pri primerjavi kolektorskih in asinhronih motorjev enake moči, ne glede na nazivno frekvenco slednjih, dobimo drugačno karakteristiko. To bo podrobneje opisano spodaj. Univerzalni kolektorski elektromotor izvaja "mehko" lastnost. V tem primeru je moment neposredno sorazmeren z obremenitvijo gredi, medtem ko so vrtljaji obratno sorazmerni z njo. Nazivni navor je običajno 3-5 krat manjši od največjega. Za omejitev vrtljajev v prostem teku so značilne izključno izgube v motorju, pri vklopu močne enote brez obremenitve pa se lahko zruši.
Značilnost asinhronega motorja je "ventilator", to pomeni, da enota vzdržuje hitrost blizu nazivne, pri čemer čim bolj močno poveča navor z rahlim zmanjšanjem hitrosti. Če govorimo o pomembni spremembi tega kazalnika, se navor motorja ne samo ne poveča, ampak se tudi zmanjšana nič, kar vodi do popolne zaustavitve. Hitrost v prostem teku je nekoliko višja od nazivne, medtem ko ostaja konstantna. Značilnost enofaznega indukcijskega motorja je dodaten niz težav, povezanih z zagonom, saj v normalnih pogojih ne razvije zagonskega navora. Magnetno polje enofaznega statorja, ki utripa v času, se razpade na dve polji z nasprotnimi fazami, zaradi česar je nemogoče zagnati brez vseh vrst trikov:
- kapacitivnost, ki ustvarja umetno fazo;
- razcepljeni utor;
- aktivni upor, ki tvori umetno fazo.
Teoretično, protifazno vrtljivo polje zmanjša maksimalno učinkovitost enofazne asinhrone enote na 50-60% zaradi izgub v prenasičenem magnetnem sistemu in navitjih, obremenjenih s tokovi nasprotnega polja. Izkazalo se je, da sta na isti gredi dva električna stroja, pri čemer eden deluje v motornem načinu, drugi pa v opozicijskem načinu. Izkazalo se je, da enofazni kolektorski elektromotorji ne poznajo konkurentov v posameznih omrežjih. To je tisto, kar si zasluži tako visoko popularnost.
Mehanske lastnosti elektromotorja zagotavljajo določen obseg uporabe. Nizke hitrosti, omejene s frekvenco izmeničnega omrežja, naredijo asinhrone enote podobne moči velike po teži in velikosti v primerjavi z univerzalnimi kolektorji. Vendar, ko je vključen v napajalni tokokrog pretvornika z visoko frekvenco, je mogoče doseči primerljive dimenzije in težo. Togost mehanske lastnosti ostajamotorja, ki se mu dodajo tokovne pretvorbene izgube, pa tudi povečanje frekvence, povečajo se magnetne in induktivne izgube.
Analogi brez sklopa razdelilnika
AC komutatorski motor ima analog, ki mu je po mehanskih lastnostih najbližji - ventilski, pri katerem je bil sklop krtača-kolektor zamenjan z inverterjem, opremljenim s senzorjem položaja rotorja. Kot elektronski analog te enote se uporablja naslednji sistem: usmernik, sinhroni motor s senzorjem kotnega položaja rotorja, v kombinaciji z inverterjem. Vendar pa prisotnost trajnih magnetov v rotorju zmanjša največji navor ob ohranjanju dimenzij.
Načelo delovanja
Kolektorska elektromotorna naprava prikazuje, kako naprava pretvarja električno energijo v mehansko in obratno. To kaže na njegovo sposobnost, da se uporablja kot generator. Vredno je podrobneje razmisliti o kolektorskem elektromotorju, katerega diagram bo pokazal njegove zmogljivosti.
Zakoni fizike jasno pravijo, da ko električni tok poteka skozi prevodnik v magnetnem polju, nanj deluje določena sila. V tem primeru deluje pravilo desne roke, ki neposredno vpliva na moč elektromotorja. Komutatorski motor deluje točno na tem osnovnem principu.
Fizika nas uči, da je osnovaustvarjanje pravih stvari so majhna pravila. To je služilo kot osnova za ustvarjanje okvirja, ki se vrti v magnetnem polju, kar je omogočilo izdelavo kolektorskega elektromotorja. Na diagramu je razvidno, da je par prevodnikov postavljen v magnetno polje, katerega tok je usmerjen v nasprotni smeri, s tem pa tudi sile. Njihova vsota daje zahtevani navor. Naprava elektromotorja je veliko bolj zapletena, saj je vanj dodan cel kompleks potrebnih elementov, zlasti kolektor, ki zagotavlja enako smer toka preko polov. Neenakomerno gibanje smo odpravili z namestitvijo več tuljav na armaturo, trajne magnete pa so zamenjali tuljavi, kar je odpravilo potrebo po enosmernem toku. To je omogočilo, da je navor dal eno smer.
Popravilo elektromotorja naredi sam
Tako kot katera koli druga naprava lahko tudi ta enota iz katerega koli razloga odpove. Če elektromotor, katerega fotografijo si lahko ogledate v našem pregledu, ne more doseči zahtevanega števila vrtljajev ali se gred ob zagonu ne vrti, morate preveriti, ali so njegove varovalke pregorele, ali je prišlo do zloma električni tokokrog armature, če je sama naprava preobremenjena. Zelo pogosto preobremenitev povzroči nenormalno porabo toka. Za odpravo te okvare je potrebno natančno pregledati mehanski menjalnik in zavoro ter nato odpraviti vzroke preobremenitev.
Zasnova elektromotorja je taka, da ob zagonu porabljadoločeno količino toka. Če je večja od nazivne vrednosti, je potrebno preveriti doslednost povezave vzporednih in serijskih navitij med seboj, pa tudi glede na reostat. Ko se izvajajo popravila elektromotorja z lastnimi rokami, se najpogosteje zgodijo precej specifične napake. Zlasti se lahko shunt navitje serijsko poveže z električnim uporom reostata ali pa ga priključi na en pol električnega omrežja.
Preverjanje konsistence povezave delovnega vzbujevalnega navitja se izvede tako, da enega od koncev navitja zaklopa povežemo s sidrnim koncem, drugega pa z električnim prevodnikom, ki prihaja iz reostatskega loka. Običajno je prerez tega električnega prevodnika nekoliko manjši od ostalih, zato ga je mogoče zaznati brez meggerja. Po vklopu stikala za vklop in premikanju drsnika reostata v srednji položaj se napajanje dovaja na proste konce. S pomočjo kontrolne svetilke se izvede zaporedno preverjanje vseh prevodnih koncev. Ko se dotaknete enega od njih, mora lučka zasvetiti, z drugim pa ne. Tako se testira celoten motor. Cena opravljenega dela bo odvisna od vrste okvare enote.
Če je med delovanjem naprave število vrtljajev, ki je manjše od nazivnega, so glavni razlogi za to običajno naslednji: nizka omrežna napetost, preobremenitev naprave, velik vznemirljiv tok. Če opazimo nedelovanje nasprotne narave, je treba preveriti vzbujevalno vezje, odpraviti vse ugotovljene napake, natolahko nastavite normalno vrednost vzbujevalnega toka. V nekaterih primerih bo morda treba motorje previti.
Kadar je razlog za nedelovanje enote napačno seznanjanje vzporednega in zaporednega navitja polja, je treba obnoviti pravilen vrstni red povezave. Če takšne težave ni mogoče odpraviti na preprost način, bo morda treba previjati elektromotorje. Prav tako je treba preveriti velikost napetosti v električnem omrežju, saj se s povečanjem njene nazivne vrednosti lahko povečajo vrtljaji naprave.
