En kommutatormotor är en synkron elektrisk maskin i vilken strömbrytaren i lindningen och rotorpositionssensorn är gjorda i form av samma anordning - en borstsamlarenhet. Den här enheten finns i många former.
Varieties
En DC-kommutatormotor innehåller vanligtvis saker som:
- trepolig rotor på hylslager;
- tvåpolig permanentmagnetstator;
- kopparplattor som borstar för kommutatorenheten.
Detta set är typiskt för de lägsta effektlösningarna som vanligtvis används i barnleksaker där hög effekt inte krävs. Kraftfullare motorer inkluderar flera fler strukturella element:
- fyra grafitborstar i form av en samlarenhet;
- flerpolig rotor på rullningslager;
- permanentmagnet stator med fyra poler.
Oftast den här typen av motoranordninganvänds i moderna bilar för att driva fläkten av kyl- och ventilationssystemet, spolarpumpar, torkare och andra element. Det finns också mer komplexa aggregat.
Kraften hos en elmotor på flera hundra watt involverar användningen av en fyrpolig stator gjord av elektromagneter. För att ansluta dess lindningar kan en av flera metoder användas:
- I serie med rotorn. I detta fall erhålls ett stort maxim alt vridmoment, men på grund av det höga tomgångsvarvtalet är risken för motorskador stor.
- Parallellt med rotorn. I det här fallet förblir hastigheten stabil under växlande belastningsförhållanden, men det maximala vridmomentet är märkbart mindre.
- Blandad excitation, när en del av lindningen är seriekopplad och en del parallellt. I det här fallet kombineras fördelarna med de tidigare alternativen. Den här typen används för bilstartare.
- Oberoende magnetisering, som använder en separat strömkälla. I detta fall erhålls de egenskaper som motsvarar parallellkopplingen. Det här alternativet används sällan.
Kommutatormotorn har vissa fördelar: de är lätta att tillverka, reparera, använda och deras livslängd är ganska lång. Som nackdelar framhålls vanligtvis följande: effektiva konstruktioner av sådana enheter är vanligtvis höghastighets- och lågt vridmoment, så de flesta enheter kräver installation av växellådor. Detta påstående är välgrundateftersom en elektrisk maskin orienterad i låg hastighet kännetecknas av en underskattad verkningsgrad, samt kylproblem i samband med detta. De senare är sådana att det är svårt att hitta en elegant lösning för dem.
Universal kommutatormotor
Denna variant är en sorts DC-kommutatormaskin som kan arbeta på både DC och AC. Enheten har blivit utbredd i vissa typer av hushållsapparater och handverktyg på grund av dess ringa storlek, låga vikt, låga kostnad och enkla hastighetskontroll. Hittas ganska ofta som ett dragfordon på järnvägarna i USA och Europa. Du kan överväga enheten för elmotorn.
Designfunktioner
För en bättre förståelse av det här problemet bör du överväga mer i detalj vad som låg till grund för den presenterade enheten. Den universella kommutatormotortypen är en likströmsenhet med excitationslindningar kopplade i serie, optimerad för drift på växelström i ett hushållsnätverk. Motorn roterar i en riktning, oavsett polaritet. Detta beror på det faktum att seriekopplingen av stator- och rotorlindningarna leder till en samtidig förändring av deras magnetiska poler, och på grund av detta riktas det resulterande vridmomentet i en riktning.
Vad är den gjord av?
AC-kommutatormotorn involverar användning av magnetisktmjukt material med låg hysteres. För att minska virvelströmsförlusterna är detta element tillverkat av staplade plattor med isolering. Som en delmängd av AC-kollektormaskiner är det vanligt att peka ut pulserande strömenheter, som erhålls genom att likrikta strömmen i en enfaskrets utan att använda rippelutjämning.
En AC-kommutatormotor kännetecknas oftast av följande funktion: i låghastighetsläget tillåter det induktiva motståndet hos statorlindningarna inte ström att förbrukas mer än vissa gränser, medan det maximala motorvridmomentet är även begränsad till 3-5 av de nominella. Approximation av mekaniska egenskaper uppnås genom användning av sektionering av statorlindningarna - separata utgångar används för att ansluta växelström.
En ganska svår uppgift innebär att byta en kraftfull växelströmsavtagare. I det ögonblick då sektionen passerar nollan, ändrar magnetfältet, som är i ingrepp med rotorn, sin riktning till motsatt, och detta orsakar generering av reaktiv EMF i sektionen. Detta händer när du kör på nätström. I växelströmskollektormaskiner sker även reaktiv EMF. Transformatorns EMF noteras också här, eftersom rotorn befinner sig i statorns magnetfält, som pulserar med tiden. En mjuk start av kollektormotorn är inte möjlig, eftersom maskinens amplitud för närvarande kommer att vara maximal, och när den närmar sig synkroniseringshastigheten kommer den att minska proportionellt. Som vidareacceleration, kommer en ny ökning att noteras. För att lösa växlingsproblemet i detta fall föreslås flera steg i följd:
- Enkelvarvssektion bör föredras i design för att minska kopplingsflödet.
- Sektionens aktiva motstånd behöver ökas, för vilka de mest lovande elementen är motstånd i kollektorplattorna, där god kylning observeras.
- Kommutatorn måste aktivt slipas med borstar med maximal hårdhet med största motstånd.
- Reaktiv EMF kan kompenseras genom att använda ytterligare poler med serielindningar, och parallelllindningar är tillämpliga för transformator-EMK-kompensation. Eftersom värdet på den senare parametern är en funktion av rotorns vinkelhastighet och magnetiseringsströmmen, kräver sådana lindningar användning av slavstyrsystem, som ännu inte existerar.
- Frekvensen för matningskretsarna bör vara så låg som möjligt. De mest populära alternativen är 16 och 25 Hz.
- Omkastningen av UKD utförs genom att byta polaritet på stator- eller rotorlindningarna.
För- och nackdelar
Följande villkor används för jämförelse: enheterna är anslutna till ett elektriskt hushållsnät med en spänning på 220 volt och en frekvens på 50 Hz, medan motoreffekten är densamma. Skillnaden i de mekaniska egenskaperna hos enheter kan vara en nackdel eller en fördel iberoende på kraven för enheten.
Så, en AC-kommutatormotor: fördelar jämfört med en DC-enhet:
- Anslutningen till nätverket görs direkt, och det finns inget behov av att använda ytterligare komponenter. I fallet med en DC-enhet krävs rättelse.
- Startström är mycket mindre, vilket är mycket viktigt för enheter som används i vardagen.
- Om det finns en styrkrets är dess enhet mycket enklare - en reostat och en tyristor. Om den elektroniska komponenten misslyckas, kommer kollektormotorn, vars pris beror på effekten och varierar från 1 400 rubel eller mer, att förbli i drift, men kommer omedelbart att slås på med full effekt.
Det finns också vissa nackdelar:
- På grund av förluster på grund av statoromkastning och induktans reduceras den totala effektiviteten märkbart.
- Det maximala vridmomentet har också minskat.
Enfasiga elmotorer med kollektor har vissa fördelar jämfört med asynkrona:
- kompakthet;
- brist på bindning till nätverkets frekvens och hastighet;
- betydande startmoment;
- proportionell minskning och ökning av hastigheten i automatiskt läge, samt en ökning av vridmoment med ökande belastning, medan matningsspänningen förblir oförändrad;
- hastighetskontroll kan ske smidigt över ett ganska brett område genom att ändra matningsspänningen.
Nackdelar jämfört med induktionsmotor
- när belastningen ändras kommer hastigheten att vara instabil;
- borst-uppsamlarenheten gör enheten inte särskilt tillförlitlig (behovet av att använda de mest styva borstarna minskar resursen avsevärt);
- AC-omkoppling orsakar en stark gnista på kollektorn och radiostörningar bildas;
- hög ljudnivå under drift;
- grenröret kännetecknas av ett stort antal delar, vilket gör motorn ganska massiv.
Modern kommutatormotor kännetecknas av en resurs som är jämförbar med kapaciteten hos mekaniska växlar och arbetskroppar.
Andra jämförelser
När man jämför kollektor- och asynkronmotorer med samma effekt, oberoende av den senares märkfrekvens, erhålls en annan karakteristik. Detta kommer att beskrivas mer i detalj nedan. Den universella kollektorelektriska motorn implementerar en "mjuk" egenskap. I det här fallet är momentet direkt proportionellt mot belastningen på axeln, medan varven är omvänt proportionell mot den. Det nominella vridmomentet är vanligtvis mindre än det maximala med 3-5 gånger. Begränsning av tomgångsvarvtal kännetecknas uteslutande av förluster i motorn, medan den slår på en kraftfull enhet utan belastning kan den kollapsa.
Karakteristiken för en asynkronmotor är "fläkt", det vill säga att enheten bibehåller en hastighet nära det nominella, vilket ökar vridmomentet så kraftigt som möjligt med en liten hastighetsminskning. Om vi talar om en betydande förändring av denna indikator, ökar inte motorns vridmoment bara utan minskar ocksåtill noll, vilket leder till ett helt stopp. Tomgångsvarvtalet är något högre än det nominella, samtidigt som det förblir konstant. En egenskap hos en enfas induktionsmotor är ytterligare en uppsättning problem i samband med start, eftersom den inte utvecklar startmoment under normala förhållanden. Magnetfältet i en enfas stator, pulserande i tiden, bryts upp i två fält med motsatta faser, vilket gör det omöjligt att starta utan alla möjliga tricks:
- kapacitans som skapar en artificiell fas;
- delat spår;
- aktivt motstånd som bildar en artificiell fas.
Teoretiskt sett minskar ett antifasroterande fält den maximala effektiviteten för en enfas asynkron enhet till 50-60 % på grund av förluster i ett övermättat magnetiskt system och lindningar laddade med motfältsströmmar. Det visar sig att det finns två elektriska maskiner på samma axel, medan den ena arbetar i motorläget och den andra i oppositionsläget. Det visar sig att enfaskollektorelektriska motorer inte känner till konkurrenter i respektive nätverk. Det var detta som förtjänade så hög popularitet.
Elmotorns mekaniska egenskaper ger den ett visst användningsområde. Låga hastigheter, begränsade av frekvensen på AC-nätet, gör asynkrona enheter med liknande effekt stora i vikt och storlek i jämförelse med universella kollektorer. Men när den ingår i växelriktarens strömkrets med hög frekvens kan jämförbara dimensioner och vikt uppnås. Styvheten hos den mekaniska egenskapen kvarstårmotor, till vilken läggs strömomvandlingsförluster, samt en ökning av frekvensen, magnetiska och induktiva förluster ökar.
Analoger utan grenrörsmontering
En växelströmskommutatormotor har en analog som ligger närmast sig när det gäller mekaniska egenskaper - en ventil, där borstsamlarenheten ersattes med en växelriktare utrustad med en rotorpositionssensor. Följande system används som en elektronisk analog till denna enhet: en likriktare, en synkronmotor med en rotorvinkellägesgivare, kombinerad med en växelriktare. Närvaron av permanentmagneter i rotorn minskar dock det maximala vridmomentet samtidigt som måtten bibehålls.
Driftsprincip
Samlarens elmotorenhet visar hur enheten omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi och vice versa. Detta indikerar dess förmåga att användas som en generator. Det är värt att överväga mer i detalj samlarelektromotorn, vars diagram kommer att visa dess kapacitet.
Fysikens lagar säger tydligt att när en elektrisk ström passerar genom en ledare i ett magnetfält utövas en viss kraft på den. I det här fallet fungerar högerregeln, vilket har en direkt inverkan på elmotorns kraft. Kommutatormotorn fungerar exakt enligt denna grundläggande princip.
Fysiken lär oss att grundenatt skapa rätt saker är små regler. Detta fungerade som grunden för att skapa en ram som roterade i ett magnetfält, vilket gjorde det möjligt att skapa en samlarelektrisk motor. Diagrammet visar att ett par ledare är placerade i ett magnetfält, vars ström är riktad i motsatta riktningar, och därmed krafterna också. Deras summa ger det erforderliga vridmomentet. Enheten för en elektrisk motor är mycket mer komplicerad, eftersom ett helt komplex av nödvändiga element har lagts till den, i synnerhet en kollektor som ger samma strömriktning över polerna. Den ojämna rörelsen eliminerades genom att placera fler spolar på ankaret, medan permanentmagneterna ersattes av spolar, vilket eliminerade behovet av likström. Detta gjorde det möjligt att ge vridmomentet en enda riktning.
Gör-det-själv elmotorreparation
Som alla andra enheter kan den här enheten misslyckas av vilken anledning som helst. Om elmotorn, vars bild du kan se i vår recension, inte kan få det erforderliga antalet varv, eller om axeln inte snurrar när den startas, måste du kontrollera om dess säkringar har gått, om det finns inbrott ankarets elektriska krets, om själva enheten är överbelastad. Mycket ofta leder överbelastning till onormal strömförbrukning. För att eliminera detta fel är det nödvändigt att noggrant inspektera den mekaniska transmissionen och bromsen och sedan eliminera orsakerna till överbelastning.
Designen på elmotorn är sådan att den förbrukar när den startaren viss mängd ström. Om det är större än det nominella värdet, är det nödvändigt att kontrollera konsistensen av anslutningen av parallell- och serielindningarna i förhållande till varandra, såväl som i förhållande till reostaten. När gör-det-själv elmotorreparationer utförs görs oftast ganska specifika misstag. Speciellt kan shuntlindningen kopplas i serie med reostatens elektriska motstånd, eller kopplas till en pol i det elektriska nätverket.
Kontroll av konsistensen av anslutningen av den arbetande excitationslindningen utförs genom att ansluta en av ändarna av shuntlindningen med ankaränden och den andra - med en elektrisk ledare som kommer från reostatbågen. Vanligtvis är tvärsnittet av denna elektriska ledare något mindre än de andra, så det kan detekteras utan en megger. Efter att ha slagit på strömbrytaren och flyttat reostatreglaget till mittläget, tillförs ström till de fria ändarna. Med hjälp av en kontrollampa utförs en sekventiell kontroll av alla ledande ändar. När du rör vid en av dem ska lampan lysa, men inte med den andra. Så här testas hela motorn. Priset för det utförda arbetet beror på typen av haveri på enheten.
Om det under driften av enheten finns ett antal varv som är mindre än det nominella, så är huvudorsakerna till detta vanligtvis följande: låg nätspänning, överbelastning av enheten, stor exciterande ström. Om en inoperabilitet av motsatt karaktär noteras, är det nödvändigt att kontrollera exciteringskretsen, eliminera alla identifierade defekter, varefterDu kan ställa in det normala värdet för exciteringsströmmen. I vissa fall kan det vara nödvändigt att spola tillbaka motorerna.
När orsaken till enhetens inoperabilitet är den felaktiga parningen av parallell- och seriefältlindningarna, är det nödvändigt att återställa den korrekta anslutningsordningen. Om det inte går att eliminera ett sådant problem på ett enkelt sätt kan det bli nödvändigt att linda tillbaka elmotorerna. Det är också nödvändigt att kontrollera storleken på spänningen i det elektriska nätverket, eftersom med en ökning av dess nominella värde kan enhetens varv öka.
