Een commutatormotor is een synchrone elektrische machine waarin de stroomschakelaar in de wikkeling en de rotorpositiesensor zijn gemaakt in de vorm van hetzelfde apparaat - een borstel-collectorsamenstel. Dit apparaat is er in vele vormen.
Rassen
Een DC-commutatormotor bevat gewoonlijk items zoals:
- driepolige rotor op glijlagers;
- tweepolige permanente magneetstator;
- koperen platen als borstels van de commutatorassemblage.
Deze set is typisch voor oplossingen met het laagste vermogen die gewoonlijk worden gebruikt in kinderspeelgoed waar geen hoog vermogen nodig is. Krachtigere motoren bevatten verschillende meer structurele elementen:
- vier grafietborstels in de vorm van een collector;
- meerpolige rotor op rollagers;
- permanentmagneetstator met vier polen.
Meestal dit type motorapparaatgebruikt in moderne auto's om de ventilator van het koel- en ventilatiesysteem, sproeipompen, ruitenwissers en andere elementen aan te drijven. Er zijn ook meer complexe aggregaten.
Het vermogen van een elektromotor van enkele honderden watts omvat het gebruik van een vierpolige stator gemaakt van elektromagneten. Om de wikkelingen aan te sluiten, kan een van de volgende methoden worden gebruikt:
- In serie met de rotor. In dit geval wordt een groot maximaal koppel verkregen, maar door het hoge stationaire toerental is de kans op motorschade groot.
- Parallel aan de rotor. In dit geval blijft het toerental stabiel onder veranderende belastingsomstandigheden, maar is het maximale koppel merkbaar lager.
- Gemengde bekrachtiging, wanneer een deel van de wikkeling in serie en een deel parallel is geschakeld. In dit geval worden de voordelen van de vorige opties gecombineerd. Dit type wordt gebruikt voor autostarters.
- Onafhankelijke bekrachtiging, die een aparte voeding gebruikt. In dit geval worden de kenmerken verkregen die overeenkomen met de parallelle verbinding. Deze optie wordt zelden gebruikt.
De commutatormotor heeft bepaalde voordelen: ze zijn gemakkelijk te vervaardigen, te repareren, te bedienen en hun levensduur is vrij groot. Als nadelen wordt meestal het volgende benadrukt: effectieve ontwerpen van dergelijke apparaten hebben meestal een hoge snelheid en een laag koppel, dus de meeste aandrijvingen vereisen de installatie van versnellingsbakken. Deze bewering is gegrondaangezien een elektrische machine die op lage snelheid is georiënteerd, wordt gekenmerkt door een onderschatte efficiëntie, evenals de daarmee samenhangende koelproblemen. Deze laatste zijn zodanig dat het moeilijk is om er een elegante oplossing voor te vinden.
Universele commutatormotor
Deze variant is een soort gelijkstroomcommutatormachine die zowel op gelijkstroom als wisselstroom kan werken. Het apparaat is wijdverbreid geworden in sommige soorten huishoudelijke apparaten en handgereedschap vanwege zijn kleine formaat, lage gewicht, lage kosten en gemakkelijke snelheidsregeling. Heel vaak gevonden als tractievoertuig op de spoorwegen van de Verenigde Staten en Europa. U kunt het apparaat van de elektromotor overwegen.
Ontwerpkenmerken
Voor een beter begrip van dit probleem, moet u in meer detail bekijken wat de basis vormde van het gepresenteerde apparaat. Het type universele commutatormotor is een gelijkstroomapparaat met in serie geschakelde bekrachtigingswikkelingen, geoptimaliseerd voor gebruik op wisselstroom van een huishoudelijk stroomvoorzieningsnetwerk. De motor draait in één richting, ongeacht de polariteit. Dit komt door het feit dat de serieschakeling van de stator- en rotorwikkelingen leidt tot een gelijktijdige verandering van hun magnetische polen, en hierdoor wordt het resulterende koppel in één richting gericht.
Waar is het van gemaakt?
De AC-commutatormotor omvat het gebruik van magnetischzacht materiaal met lage hysterese. Om wervelstroomverliezen te verminderen, is dit element gemaakt van gestapelde platen met isolatie. Als een subset van AC-collectormachines is het gebruikelijk om pulserende stroomeenheden te selecteren, die worden verkregen door de stroom van een enkelfasig circuit te corrigeren zonder gebruik te maken van rimpelafvlakking.
Een AC-commutatormotor wordt meestal gekenmerkt door het volgende kenmerk: in de lage snelheidsmodus staat de inductieve weerstand van de statorwikkelingen niet toe dat er meer stroom wordt verbruikt dan bepaalde limieten, terwijl het maximale motorkoppel ook beperkt tot 3-5 van de nominale waarde. Benadering van mechanische eigenschappen wordt bereikt door het gebruik van secties van de statorwikkelingen - afzonderlijke uitgangen worden gebruikt om wisselstroom aan te sluiten.
Een nogal moeilijke taak is het schakelen van een krachtige wisselstroomcollectormachine. Op het moment dat de sectie de nulleider passeert, verandert het magnetische veld, dat in aangrijping is met de rotor, zijn richting in de tegenovergestelde richting, en dit veroorzaakt het genereren van reactieve EMF in de sectie. Dit gebeurt wanneer u op netstroom werkt. Bij wisselstroomcollectormachines vindt ook reactieve EMF plaats. De transformator EMF wordt hier ook vermeld, omdat de rotor zich in het magnetische veld van de stator bevindt, dat in de tijd pulseert. Een soepele start van de collectormotor is niet mogelijk, omdat op dit moment de amplitude van de machine maximaal zal zijn, en naarmate deze de synchronisatiesnelheid nadert, zal deze proportioneel afnemen. als verderversnelling zal een nieuwe stijging worden genoteerd. Om het schakelprobleem in dit geval op te lossen, worden verschillende opeenvolgende stappen voorgesteld:
- Sectie met één draaiing verdient de voorkeur in het ontwerp om de koppelingsstroom te verminderen.
- De actieve weerstand van de sectie moet worden verhoogd, waarvoor de meest veelbelovende elementen weerstanden in de collectorplaten zijn, waar een goede koeling wordt waargenomen.
- De commutator moet actief worden geslepen met borstels van maximale hardheid met de grootste weerstand.
- Reactieve EMF kan worden gecompenseerd door extra polen met seriewikkelingen te gebruiken, en parallelle wikkelingen zijn van toepassing voor transformator EMF-compensatie. Aangezien de waarde van de laatste parameter een functie is van de hoeksnelheid van de rotor en de magnetiserende stroom, vereisen dergelijke wikkelingen het gebruik van slave-besturingssystemen, die nog niet bestaan.
- De frequentie van de voedingscircuits moet zo laag mogelijk zijn. De meest populaire opties zijn 16 en 25 Hz.
- De omkering van de UKD wordt uitgevoerd door de polariteit van de stator- of rotorwikkelingen te veranderen.
Voors en tegens
De volgende voorwaarden worden gebruikt ter vergelijking: de apparaten zijn aangesloten op een huishoudelijk elektriciteitsnet met een spanning van 220 volt en een frequentie van 50 Hz, terwijl het motorvermogen hetzelfde is. Het verschil in de mechanische eigenschappen van apparaten kan een nadeel of een voordeel zijn inafhankelijk van de vereisten van de schijf.
Dus een AC-commutatormotor: voordelen ten opzichte van een DC-unit:
- De verbinding met het netwerk wordt rechtstreeks gemaakt en het is niet nodig om extra componenten te gebruiken. In het geval van een DC-unit is rectificatie vereist.
- Startstroom is veel minder, wat erg belangrijk is voor apparaten die in het dagelijks leven worden gebruikt.
- Als er een regelcircuit is, is het apparaat veel eenvoudiger: een reostaat en een thyristor. Als de elektronische component uitv alt, blijft de collectormotor, waarvan de prijs afhangt van het vermogen en varieert van 1.400 roebel of meer, operationeel, maar zal onmiddellijk op vol vermogen worden ingeschakeld.
Er zijn ook bepaalde nadelen:
- Als gevolg van verliezen als gevolg van statoromkering en inductantie wordt de algehele efficiëntie merkbaar verminderd.
- Het maximale koppel is ook verlaagd.
Elektromotoren met enkelfasige collector hebben bepaalde voordelen in vergelijking met asynchrone motoren:
- compactheid;
- gebrek aan binding aan de netwerkfrequentie en -snelheid;
- significant startkoppel;
- proportionele afname en toename van de snelheid in automatische modus, evenals een toename van het koppel bij toenemende belasting, terwijl de voedingsspanning ongewijzigd blijft;
- snelheidsregeling kan soepel verlopen over een vrij groot bereik door de voedingsspanning te wijzigen.
Nadelen tov inductiemotor
- wanneer de belasting verandert, zal de snelheid onstabiel zijn;
- de borstel-collector-assemblage maakt het apparaat niet erg betrouwbaar (de noodzaak om de meest stijve borstels te gebruiken vermindert de hulpbron aanzienlijk);
- AC-schakeling veroorzaakt een sterke vonk op de collector en er ontstaat radio-interferentie;
- hoog geluidsniveau tijdens bedrijf;
- het spruitstuk wordt gekenmerkt door een groot aantal onderdelen, wat de motor behoorlijk massief maakt.
Moderne commutatormotor wordt gekenmerkt door een hulpbron die vergelijkbaar is met de mogelijkheden van mechanische tandwielen en werkende lichamen.
Andere vergelijkingen
Bij het vergelijken van collector- en asynchrone motoren van hetzelfde vermogen, ongeacht de nominale frequentie van de laatste, wordt een andere karakteristiek verkregen. Dit zal hieronder in meer detail worden beschreven. De universele collector-elektromotor implementeert een "zachte" karakteristiek. In dit geval is het moment recht evenredig met de belasting op de as, terwijl de omwentelingen er omgekeerd evenredig mee zijn. Het nominale koppel is meestal 3-5 keer minder dan het maximum. De beperking van het stationair toerental wordt uitsluitend gekenmerkt door verliezen in de motor, terwijl het inschakelen van een krachtige eenheid zonder belasting kan bezwijken.
Het kenmerk van een asynchrone motor is "ventilator", dat wil zeggen dat de unit een snelheid handhaaft die dicht bij de nominale waarde ligt, waarbij het koppel zo sterk mogelijk wordt verhoogd met een lichte afname van het toerental. Als we het hebben over een significante verandering in deze indicator, dan neemt het motorkoppel niet alleen niet toe, maar neemt het ook aftot nul, wat leidt tot een volledige stop. Het stationair toerental is iets hoger dan het nominale toerental, maar blijft constant. Een kenmerk van een enkelfasige inductiemotor is een extra reeks problemen die verband houden met het starten, omdat deze onder normale omstandigheden geen startkoppel ontwikkelt. Het magnetische veld van een enkelfasige stator, pulserend in de tijd, v alt uiteen in twee velden met tegengestelde fasen, waardoor het onmogelijk is om te starten zonder allerlei trucjes:
- capaciteit die een kunstmatige fase creëert;
- split groove;
- actieve weerstand die een kunstmatige fase vormt.
Theoretisch vermindert een anti-fase draaiveld de maximale efficiëntie van een enkelfasige asynchrone eenheid tot 50-60% als gevolg van verliezen in een oververzadigd magnetisch systeem en wikkelingen die zijn belast met tegenveldstromen. Het blijkt dat er twee elektrische machines op dezelfde as zijn, terwijl de ene in de motormodus werkt en de tweede in de oppositiemodus. Het blijkt dat elektromotoren met enkelfasige collectoren geen concurrenten in de respectieve netwerken kennen. Dit is wat zo'n hoge populariteit verdiende.
De mechanische eigenschappen van de elektromotor geven hem een bepaald toepassingsgebied. Lage snelheden, beperkt door de frequentie van het wisselstroomnet, maken asynchrone eenheden met een vergelijkbaar vermogen groot in gewicht en grootte in vergelijking met universele collectoren. Wanneer ze echter met een hoge frequentie in het stroomcircuit van de omvormer worden opgenomen, kunnen vergelijkbare afmetingen en gewicht worden bereikt. De stijfheid van de mechanische eigenschap blijftmotor, waaraan stroomomzettingsverliezen worden toegevoegd, evenals een toename in frequentie, magnetische en inductieve verliezen.
Analogen zonder spruitstukmontage
Een AC-commutatormotor heeft een analoog die er qua mechanische eigenschappen het dichtst bij komt - een klepmotor, waarbij de borstel-collectorconstructie werd vervangen door een omvormer uitgerust met een rotorpositiesensor. Als elektronisch analoog van deze unit wordt het volgende systeem gebruikt: een gelijkrichter, een synchroonmotor met een rotorhoeksensor, gecombineerd met een omvormer. De aanwezigheid van permanente magneten in de rotor vermindert echter het maximale koppel terwijl de afmetingen behouden blijven.
Werkingsprincipe
Het collector-elektromotorapparaat laat zien hoe het apparaat elektrische energie omzet in mechanische energie en omgekeerd. Dit geeft aan dat het als generator kan worden gebruikt. Het is de moeite waard om de collector-elektromotor in meer detail te bekijken, waarvan het diagram zijn mogelijkheden zal demonstreren.
De natuurwetten stellen duidelijk dat wanneer een elektrische stroom door een geleider in een magnetisch veld wordt geleid, er een bepaalde kracht op wordt uitgeoefend. In dit geval werkt de rechterhandregel, wat een directe invloed heeft op het vermogen van de elektromotor. De commutatormotor werkt precies volgens dit basisprincipe.
Natuurkunde leert ons dat de basishet creëren van de juiste dingen zijn kleine regels. Dit diende als basis voor het creëren van een frame dat roteert in een magnetisch veld, waardoor het mogelijk werd om een collector-elektromotor te creëren. Het diagram laat zien dat een paar geleiders in een magnetisch veld wordt geplaatst waarvan de stroom in tegengestelde richtingen wordt geleid, en dus ook de krachten. Hun som geeft het vereiste koppel. Het apparaat van een elektromotor is veel gecompliceerder, omdat er een heel complex van noodzakelijke elementen aan is toegevoegd, met name een collector die dezelfde stroomrichting over de polen levert. De ongelijkmatige verplaatsing werd geëlimineerd door meer spoelen op het anker te plaatsen, terwijl de permanente magneten werden vervangen door spoelen, waardoor gelijkstroom overbodig was. Dit maakte het mogelijk om het koppel in één richting te geven.
Doe-het-zelf elektrische motorreparatie
Net als elk ander apparaat kan dit apparaat om welke reden dan ook falen. Als de elektromotor, waarvan u de foto in onze recensie kunt zien, niet het vereiste aantal omwentelingen kan halen, of als de as niet draait wanneer deze wordt gestart, moet u controleren of de zekeringen zijn doorgebrand, of er breuken zijn in het elektrische circuit van het anker, als het apparaat zelf overbelast is. Heel vaak resulteert overbelasting in een abnormaal stroomverbruik. Om deze storing te verhelpen, is het noodzakelijk om de mechanische transmissie en rem zorgvuldig te inspecteren en vervolgens de oorzaken van overbelasting te elimineren.
Het ontwerp van de elektromotor is zodanig dat wanneer hij start, hij verbruikteen bepaalde hoeveelheid stroom. Als deze groter is dan de nominale waarde, moet de consistentie van de verbinding van de parallelle en seriewikkelingen ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de regelweerstand worden gecontroleerd. Wanneer doe-het-zelf reparaties aan elektromotoren worden uitgevoerd, worden meestal vrij specifieke fouten gemaakt. In het bijzonder kan de shuntwikkeling in serie worden geschakeld met de elektrische weerstand van de regelweerstand, of worden aangesloten op één pool van het elektrische netwerk.
Het controleren van de consistentie van de verbinding van de werkende excitatiewikkeling wordt uitgevoerd door een van de uiteinden van de shuntwikkeling te verbinden met het ankeruiteinde, en de tweede - met een elektrische geleider die uit de reostaatboog komt. Gewoonlijk is de doorsnede van deze elektrische geleider iets kleiner dan de andere, zodat deze zonder megger kan worden gedetecteerd. Na het aanzetten van de aan/uit-schakelaar en het schuiven van de schuif van de regelweerstand naar de middelste stand, wordt stroom geleverd aan de vrije uiteinden. Door middel van een controlelamp wordt een sequentiële controle van alle geleidende uiteinden uitgevoerd. Als je er een aanraakt, moet de lamp oplichten, maar niet met de andere. Zo wordt de hele motor getest. De prijs van het uitgevoerde werk is afhankelijk van het type storing van de unit.
Als er tijdens de werking van het apparaat een aantal omwentelingen is dat lager is dan het nominale, dan zijn de belangrijkste redenen hiervoor meestal de volgende: lage netspanning, overbelasting van het apparaat, grote opwindende stroom. Als een onbruikbaarheid van de tegenovergestelde aard wordt opgemerkt, moet het bekrachtigingscircuit worden gecontroleerd, alle geïdentificeerde defecten worden geëlimineerd, waarnau kunt de normale waarde van de bekrachtigingsstroom instellen. In sommige gevallen kan het nodig zijn om de motoren terug te spoelen.
Als de reden voor de onbruikbaarheid van de unit de foutieve koppeling van de parallelle en serie-veldwikkelingen is, is het noodzakelijk om de juiste verbindingsvolgorde te herstellen. Als het niet mogelijk is om een dergelijk probleem op een eenvoudige manier op te lossen, kan het nodig zijn om de elektromotoren terug te spoelen. Het is ook noodzakelijk om de grootte van de spanning in het elektrische netwerk te controleren, omdat met een toename van de nominale waarde de omwentelingen van het apparaat kunnen toenemen.
