Komutátorový motor je synchronní elektrický stroj, ve kterém jsou proudový spínač ve vinutí a snímač polohy rotoru vyrobeny ve formě stejného zařízení - sestavy kartáč-sběrač. Toto zařízení má mnoho podob.
Odrůdy
DC komutátorový motor obvykle obsahuje položky jako:
- třípólový rotor na kluzných ložiskách;
- dvoupólový stator s permanentním magnetem;
- měděné desky jako kartáče sestavy komutátoru.
Tato sada je typická pro řešení s nejnižší spotřebou energie obvykle používaná v dětských hračkách, kde není vyžadována vysoká síla. Výkonnější motory obsahují několik dalších konstrukčních prvků:
- čtyři grafitové kartáče ve formě kolektorové sestavy;
- vícepólový rotor na valivých ložiskách;
- stator s permanentním magnetem se čtyřmi póly.
Nejčastěji tento typ motorového zařízenípoužívá se v moderních automobilech k pohonu ventilátoru chladicího a ventilačního systému, čerpadel ostřikovačů, stěračů a dalších prvků. Existují také složitější agregáty.
Síla elektromotoru několik set wattů zahrnuje použití čtyřpólového statoru vyrobeného z elektromagnetů. Pro připojení jeho vinutí lze použít jednu z několika metod:
- V sérii s rotorem. V tomto případě je dosaženo velkého maximálního točivého momentu, avšak kvůli vysokým volnoběžným otáčkám je riziko poškození motoru vysoké.
- Paralelně s rotorem. V tomto případě zůstávají otáčky stabilní při měnících se podmínkách zatížení, ale maximální točivý moment je znatelně nižší.
- Smíšené buzení, kdy část vinutí je zapojena sériově a část paralelně. V tomto případě se kombinují výhody předchozích možností. Tento typ se používá pro startéry automobilů.
- Nezávislé buzení, které využívá samostatné napájení. V tomto případě se získají charakteristiky odpovídající paralelnímu zapojení. Tato možnost se používá zřídka.
Komutátorový motor má určité výhody: snadno se vyrábí, opravuje, obsluhuje a má poměrně dlouhou životnost. Jako nevýhody se obvykle zdůrazňují následující: efektivní konstrukce takových zařízení jsou obvykle vysokorychlostní a mají nízký točivý moment, takže většina pohonů vyžaduje instalaci převodovek. Toto tvrzení je dobře podloženéprotože elektrický stroj orientovaný na nízkou rychlost se vyznačuje podhodnocenou účinností as tím spojenými problémy s chlazením. Ty poslední jsou takové, že je pro ně obtížné najít elegantní řešení.
Univerzální komutátorový motor
Tato varianta je druh stejnosměrného komutátorového stroje schopného provozu na stejnosměrný i střídavý proud. Zařízení se rozšířilo v některých typech domácích spotřebičů a ručního nářadí díky svým malým rozměrům, nízké hmotnosti, nízké ceně a snadnému ovládání otáček. Poměrně často se vyskytuje jako hnací vozidlo na železnicích Spojených států a Evropy. Můžete zvážit zařízení elektrického motoru.
Designové prvky
Pro lepší pochopení této problematiky byste se měli podrobněji zamyslet nad tím, co tvořilo základ prezentovaného zařízení. Typ univerzální komutátorový motor je stejnosměrné zařízení s budicími vinutími zapojenými do série, optimalizované pro provoz na střídavý proud domácí elektrické sítě. Motor se otáčí jedním směrem bez ohledu na polaritu. Je to dáno tím, že sériové zapojení vinutí statoru a rotoru vede k současné změně jejich magnetických pólů a díky tomu je výsledný krouticí moment směrován jedním směrem.
Z čeho je vyroben?
Střídavý komutátorový motor zahrnuje použití magnetickyměkký materiál s nízkou hysterezí. Pro snížení ztrát vířivými proudy je tento prvek vyroben z naskládaných desek s izolací. Jako podmnožinu střídavých kolektorových strojů je obvyklé vyčlenit jednotky pulzujícího proudu, které se získávají usměrněním proudu jednofázového obvodu bez použití zvlnění.
Střídavý komutátorový motor se nejčastěji vyznačuje následující vlastností: v režimu nízkých otáček indukční odpor vinutí statoru neumožňuje spotřebovat proud větší než určité meze, přičemž maximální točivý moment motoru je také omezeno na 3-5 nominálních. Přiblížení mechanických charakteristik je dosaženo použitím dělení statorových vinutí - samostatné výstupy jsou použity pro připojení střídavého proudu.
Poměrně obtížný úkol zahrnuje přepnutí výkonného stroje na sběr střídavého proudu. V okamžiku, kdy sekce projde neutrálem, magnetické pole, které je v záběru s rotorem, změní svůj směr na opačný a to způsobí generování reaktivního EMF v sekci. K tomu dochází při provozu na střídavý proud. U strojů na sběr střídavého proudu dochází také k reaktivnímu EMF. Zde je také zaznamenáno EMF transformátoru, protože rotor je v magnetickém poli statoru, které pulzuje v čase. Hladký start motoru kolektoru není možný, protože v tomto okamžiku bude amplituda stroje maximální a jak se blíží rychlosti synchronismu, úměrně se sníží. Jako dálezrychlení, bude zaznamenán nový nárůst. K vyřešení problému s přepínáním v tomto případě je navrženo několik po sobě jdoucích kroků:
- Jednootáčkový úsek by měl být v konstrukci preferován, aby se snížil průtok spojky.
- Aktivní odpor sekce je třeba zvýšit, pro což jsou nejslibnějšími prvky rezistory v deskách kolektoru, kde je pozorováno dobré chlazení.
- Komutátor musí být aktivně broušen kartáči maximální tvrdosti s největším odporem.
- Reaktivní EMF lze kompenzovat použitím přídavných pólů se sériovým vinutím a paralelní vinutí lze použít pro kompenzaci EMF transformátoru. Protože hodnota druhého parametru je funkcí úhlové rychlosti rotoru a magnetizačního proudu, taková vinutí vyžadují použití podřízených řídicích systémů, které zatím neexistují.
- Frekvence napájecích obvodů by měla být co nejnižší. Nejoblíbenější možnosti jsou 16 a 25 Hz.
- Reverzace UKD se provádí přepnutím polarity vinutí statoru nebo rotoru.
Pro a proti
Pro srovnání jsou použity následující podmínky: zařízení jsou připojena k domácí elektrické síti s napětím 220 voltů a frekvencí 50 Hz, přičemž výkon motoru je stejný. Rozdíl v mechanických vlastnostech zařízení může být nevýhodou nebo výhodouv závislosti na požadavcích disku.
Takže střídavý komutátorový motor: výhody ve srovnání se stejnosměrnou jednotkou:
- Připojení k síti se provádí přímo a není třeba používat další komponenty. V případě stejnosměrné jednotky je nutná náprava.
- Startovací proud je mnohem menší, což je velmi důležité pro zařízení používaná v každodenním životě.
- Pokud existuje řídicí obvod, jeho zařízení je mnohem jednodušší - reostat a tyristor. Pokud elektronická součást selže, kolektorový motor, jehož cena závisí na výkonu a pohybuje se od 1 400 rublů nebo více, zůstane funkční, ale okamžitě se zapne na plný výkon.
Existují také určité nevýhody:
- Kvůli ztrátám způsobeným reverzací statoru a indukčností je celková účinnost znatelně snížena.
- Maximální točivý moment byl také snížen.
Jednofázové kolektorové elektromotory mají určité výhody ve srovnání s asynchronními:
- kompaktnost;
- nedostatek vazby na frekvenci a rychlost sítě;
- významný rozběhový moment;
- proporcionální snížení a zvýšení rychlosti v automatickém režimu, stejně jako zvýšení točivého momentu s rostoucí zátěží, přičemž napájecí napětí zůstává nezměněno;
- regulace rychlosti může být plynulá v poměrně širokém rozsahu změnou napájecího napětí.
Nevýhody ve srovnání s indukčním motorem
- při změně zatížení bude rychlost nestabilní;
- díky sestavě sběrače kartáčů není zařízení příliš spolehlivé (nutnost používat nejpevnější kartáče výrazně snižuje zdroje);
- AC přepínání způsobuje silnou jiskru na kolektoru a tvoří se rádiové rušení;
- vysoká hladina hluku během provozu;
- potrubí se vyznačuje velkým počtem dílů, díky čemuž je motor poměrně masivní.
Moderní komutátorový motor se vyznačuje zdrojem srovnatelným se schopnostmi mechanických převodů a pracovních orgánů.
Další srovnání
Při porovnávání kolektorových a asynchronních motorů stejného výkonu, bez ohledu na jmenovitou frekvenci asynchronního motoru, se získá odlišná charakteristika. Toto bude podrobněji popsáno níže. Univerzální kolektorový elektromotor implementuje "měkkou" charakteristiku. V tomto případě je moment přímo úměrný zatížení hřídele, zatímco otáčky jsou mu nepřímo úměrné. Jmenovitý točivý moment je obvykle 3-5krát nižší než maximální. Omezení volnoběžných otáček se vyznačuje výhradně ztrátami v motoru, při zapnutí výkonného agregátu bez zátěže může dojít ke kolapsu.
Charakteristikou asynchronního motoru je "ventilátor", to znamená, že jednotka udržuje otáčky blízké nominálním, přičemž zvyšuje točivý moment co nejvýrazněji s mírným poklesem otáček. Pokud mluvíme o výrazné změně tohoto ukazatele, pak točivý moment motoru nejen neroste, ale také klesána nulu, což vede k úplnému zastavení. Volnoběžné otáčky jsou o něco vyšší než jmenovité, přičemž zůstávají konstantní. Charakteristikou jednofázového indukčního motoru je další soubor problémů spojených se spouštěním, protože za normálních podmínek nevyvine rozběhový moment. Magnetické pole jednofázového statoru, pulzující v čase, se rozpadá na dvě pole s opačnými fázemi, což znemožňuje nastartování bez nejrůznějších triků:
- kapacita, která vytváří umělou fázi;
- dělená drážka;
- aktivní odpor tvořící umělou fázi.
Teoreticky snižuje protifázové točivé pole maximální účinnost jednofázové asynchronní jednotky na 50-60 % kvůli ztrátám v přesyceném magnetickém systému a vinutích zatížených protipólovými proudy. Ukazuje se, že na stejné hřídeli jsou dva elektrické stroje, přičemž jeden pracuje v motorovém režimu a druhý v opozičním režimu. Ukazuje se, že jednofázové kolektorové elektromotory neznají konkurenty v příslušných sítích. Právě to si zasloužilo tak vysokou popularitu.
Mechanické vlastnosti elektromotoru poskytují určitý rozsah použití. Nízké otáčky, omezené frekvencí střídavého proudu, činí asynchronní jednotky podobného výkonu velké co do hmotnosti a velikosti ve srovnání s univerzálními kolektory. Při zapojení do silového obvodu měniče s vysokou frekvencí lze však dosáhnout srovnatelných rozměrů a hmotnosti. Tuhost mechanické charakteristiky zůstává zachovánamotoru, ke kterému se přidávají ztráty při přeměně proudu, stejně jako zvýšení frekvence, zvyšují se magnetické a indukční ztráty.
Analogy bez montáže rozdělovače
Střídavý komutátorový motor má analog, který je mu z hlediska mechanických vlastností nejbližší - ventilový, kde byla sestava kartáč-kolektor nahrazena invertorem vybaveným snímačem polohy rotoru. Jako elektronická obdoba této jednotky je použit následující systém: usměrňovač, synchronní motor se snímačem úhlu rotoru, kombinovaný s invertorem. Přítomnost permanentních magnetů v rotoru však snižuje maximální točivý moment při zachování rozměrů.
Princip fungování
Zařízení kolektorového elektromotoru demonstruje, jak zařízení přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii a naopak. To naznačuje jeho schopnost být použit jako generátor. Za podrobnější zvážení stojí kolektorový elektromotor, jehož schéma demonstruje jeho schopnosti.
Fyzikální zákony jasně říkají, že když elektrický proud prochází vodičem v magnetickém poli, působí na něj určitá síla. V tomto případě funguje pravidlo pravé ruky, které má přímý dopad na výkon elektromotoru. Komutátorový motor funguje přesně na tomto základním principu.
Fyzika nás učí, že základvytváření správných věcí jsou malá pravidla. To posloužilo jako základ pro vytvoření rámu rotujícího v magnetickém poli, což umožnilo vytvořit kolektorový elektromotor. Diagram ukazuje, že dvojice vodičů je umístěna v magnetickém poli, jehož proud je směrován v opačných směrech, a tedy i síly. Jejich součet dává požadovaný točivý moment. Zařízení elektromotoru je mnohem složitější, protože k němu byl přidán celý komplex nezbytných prvků, zejména kolektor, který zajišťuje stejný směr proudu přes póly. Nerovnoměrný chod byl odstraněn umístěním více cívek na kotvu, zatímco permanentní magnety byly nahrazeny cívkami, čímž odpadla potřeba stejnosměrného proudu. To umožnilo udělit točivý moment jedním směrem.
Oprava elektromotoru svépomocí
Stejně jako každé jiné zařízení může tato jednotka z jakéhokoli důvodu selhat. Pokud elektromotor, jehož fotografii můžete vidět v naší recenzi, nemůže získat požadovaný počet otáček nebo se hřídel při spouštění neotáčí, musíte zkontrolovat, zda nedošlo k přepálení jeho pojistek, zda nedošlo k přerušení elektrický obvod kotvy, pokud je samotné zařízení přetíženo. Velmi často má přetížení za následek abnormální spotřebu proudu. K odstranění této poruchy je nutné pečlivě zkontrolovat mechanickou převodovku a brzdu a následně odstranit příčiny přetížení.
Konstrukce elektromotoru je taková, že když se rozběhne, spotřebujeurčité množství proudu. Pokud je větší než jmenovitá hodnota, je nutné zkontrolovat konzistenci spojení paralelního a sériového vinutí vůči sobě navzájem a také ve vztahu k reostatu. Při opravách elektromotoru svépomocí dochází nejčastěji ke zcela specifickým chybám. Zejména bočníkové vinutí může být zapojeno do série s elektrickým odporem reostatu nebo připojeno k jednomu pólu elektrické sítě.
Kontrola konzistence připojení pracovního budícího vinutí se provádí spojením jednoho z konců bočníkového vinutí s koncem kotvy a druhým - s elektrickým vodičem přicházejícím z oblouku reostatu. Obvykle je průřez tohoto elektrického vodiče o něco menší než ostatní, takže jej lze detekovat bez meggeru. Po zapnutí vypínače a posunutí jezdce reostatu do střední polohy je napájení přivedeno do volných konců. Pomocí kontrolky se provádí sekvenční kontrola všech vodivých konců. Když se dotknete jednoho z nich, lampa by se měla rozsvítit, ale ne s druhým. Takto se testuje celý motor. Cena provedených prací bude záviset na typu poruchy jednotky.
Pokud během provozu zařízení dojde k počtu otáček, který je menší než jmenovitý, pak jsou hlavní důvody pro to obvykle následující: nízké síťové napětí, přetížení zařízení, velký budicí proud. Pokud je zjištěna nefunkčnost opačného charakteru, je nutné zkontrolovat budicí obvod, odstranit všechny zjištěné závady a potémůžete nastavit normální hodnotu budícího proudu. V některých případech může být nutné převinout motory.
Pokud je důvodem nefunkčnosti jednotky chybné spárování paralelního a sériového budicího vinutí, je nutné obnovit správné pořadí připojení. Pokud není možné takový problém odstranit jednoduchým způsobem, může být nutné elektromotory převinout. Je také nutné zkontrolovat velikost napětí v elektrické síti, protože se zvýšením jeho jmenovité hodnoty se mohou zvýšit otáčky zařízení.
