Un motor de comutator este o mașină electrică sincronă în care comutatorul de curent din înfășurare și senzorul de poziție a rotorului sunt realizate sub forma aceluiași dispozitiv - un ansamblu perie-colector. Acest dispozitiv are multe forme.
Soiuri
Un motor de comutator de curent continuu include de obicei elemente precum:
- rotor cu trei poli pe rulmenți cu manșon;
- stator cu doi poli cu magnet permanenți;
- plăci de cupru ca perii ale ansamblului comutatorului.
Acest set este tipic pentru soluțiile de cea mai mică putere utilizate de obicei în jucăriile pentru copii, unde nu este necesară o putere mare. Motoarele mai puternice includ mai multe elemente structurale:
- patru perii de grafit sub forma unui ansamblu colector;
- rotor multipolar pe rulmenți;
- stator cu magnet permanent cu patru poli.
Cel mai adesea acest tip de dispozitiv motorutilizat în mașinile moderne pentru a conduce ventilatorul sistemului de răcire și ventilație, pompe de spălat, ștergătoare și alte elemente. Există, de asemenea, agregate mai complexe.
Puterea unui motor electric de câteva sute de wați implică utilizarea unui stator cu patru poli din electromagneți. Pentru a-și conecta înfășurările, poate fi utilizată una dintre mai multe metode:
- În serie cu rotorul. În acest caz, se obține un cuplu maxim mare, însă, datorită turației mari de ralanti, riscul de deteriorare a motorului este mare.
- În paralel cu rotorul. În acest caz, viteza rămâne stabilă în condiții de încărcare în schimbare, dar cuplul maxim este vizibil mai mic.
- Excitație mixtă, când o parte a înfășurării este conectată în serie și o parte în paralel. În acest caz, avantajele opțiunilor anterioare sunt combinate. Acest tip este folosit pentru pornirile auto.
- Excitație independentă, care utilizează o sursă de alimentare separată. În acest caz se obțin caracteristicile corespunzătoare conexiunii în paralel. Această opțiune este rar folosită.
Motorul comutatorului are anumite avantaje: sunt ușor de fabricat, reparat, operat, iar durata lor de viață este destul de mare. Ca dezavantaje, sunt de obicei evidențiate următoarele: modelele eficiente ale unor astfel de dispozitive sunt de obicei de mare viteză și cuplu redus, astfel încât majoritatea unităților necesită instalarea cutiilor de viteze. Această afirmație este bine întemeiatădeoarece o mașină electrică orientată la viteză mică se caracterizează printr-o eficiență subestimată, precum și probleme de răcire asociate cu aceasta. Acestea din urmă sunt de așa natură încât este dificil să găsești o soluție elegantă pentru ele.
Motor comutator universal
Această variantă este un fel de mașină de comutator DC capabilă să funcționeze atât pe DC, cât și pe AC. Dispozitivul a devenit larg răspândit în unele tipuri de aparate de uz casnic și unelte de mână datorită dimensiunilor sale mici, greutății reduse, costului redus și ușurinței controlului vitezei. Destul de des găsit ca vehicul de tracțiune pe căile ferate din Statele Unite și Europa. Puteți lua în considerare dispozitivul motorului electric.
Caracteristici de design
Pentru o mai bună înțelegere a acestei probleme, ar trebui să luați în considerare mai detaliat ce a stat la baza dispozitivului prezentat. Motorul de tip comutator universal este un dispozitiv de curent continuu cu înfășurări de excitație conectate în serie, optimizat pentru funcționarea în curent alternativ al unei rețele de alimentare cu energie electrică casnică. Motorul se rotește într-o singură direcție, indiferent de polaritate. Acest lucru se datorează faptului că conexiunea în serie a înfășurărilor statorului și rotorului duce la o schimbare simultană a polilor lor magnetici și, din această cauză, cuplul rezultat este direcționat într-o singură direcție.
Din ce este făcut?
Motorul comutatorului AC implică utilizarea magneticămaterial moale cu histerezis scăzut. Pentru a reduce pierderile de curenți turbionari, acest element este realizat din plăci stivuite cu izolație. Ca un subset de mașini colectoare de curent alternativ, se obișnuiește să se evidențieze unitățile de curent pulsat, care sunt obținute prin rectificarea curentului unui circuit monofazat fără a utiliza netezirea ondulației.
Un motor cu comutator de curent alternativ se caracterizează cel mai adesea prin următoarea caracteristică: în modul de viteză mică, rezistența inductivă a înfășurărilor statorului nu permite consumarea curentului mai mult de anumite limite, în timp ce cuplul maxim al motorului este limitat de asemenea la 3-5 din nominal. Aproximarea caracteristicilor mecanice se realizează prin utilizarea secționării înfășurărilor statorului - ieșiri separate sunt utilizate pentru conectarea curentului alternativ.
O sarcină destul de dificilă implică comutarea unei mașini puternice de colectare a curentului alternativ. În momentul în care secțiunea trece de neutru, câmpul magnetic, care este în cuplare cu rotorul, își schimbă direcția în sens opus, ceea ce determină generarea de EMF reactiv în secțiune. Acest lucru se întâmplă atunci când funcționează pe curent alternativ. În mașinile colectoare de curent alternativ, are loc și EMF reactiv. EMF-ul transformatorului este de asemenea notat aici, deoarece rotorul se află în câmpul magnetic al statorului, care pulsează în timp. O pornire lină a motorului colectorului nu este posibilă, deoarece în acest moment amplitudinea mașinii va fi maximă și, pe măsură ce se apropie de viteza de sincronism, aceasta va scădea proporțional. Ca mai departeaccelerare, se va observa o nouă creștere. Pentru a rezolva problema de comutare în acest caz, sunt propuși câțiva pași secvențiali:
- Secțiunea cu o singură rotație ar trebui să fie preferată în design pentru a reduce debitul ambreiajului.
- Trebuie crescută rezistența activă a secțiunii, pentru care cele mai promițătoare elemente sunt rezistențele din plăcile colectoare, unde se observă o răcire bună.
- Comutatorul trebuie șlefuit activ cu perii de duritate maximă cu cea mai mare rezistență.
- EMF reactivă poate fi compensată prin utilizarea unor poli suplimentari cu înfășurări în serie, iar înfășurările paralele sunt aplicabile pentru compensarea EMF a transformatorului. Deoarece valoarea acestui din urmă parametru este o funcție a vitezei unghiulare a rotorului și a curentului de magnetizare, astfel de înfășurări necesită utilizarea sistemelor de control slave, care încă nu există.
- Frecvența circuitelor de alimentare ar trebui să fie cât mai mică posibil. Cele mai populare opțiuni sunt 16 și 25 Hz.
- Inversarea UKD se realizează prin comutarea polarității înfășurărilor statorului sau rotorului.
Pro și contra
Pentru comparație se folosesc următoarele condiții: dispozitivele sunt conectate la o rețea electrică casnică cu o tensiune de 220 volți și o frecvență de 50 Hz, în timp ce puterea motorului este aceeași. Diferența dintre caracteristicile mecanice ale dispozitivelor poate fi un dezavantaj sau un avantaj înîn funcție de cerințele unității.
Deci, un motor cu comutator de curent alternativ: avantaje în comparație cu o unitate de curent continuu:
- Conexiunea la rețea se face direct și nu este nevoie să folosiți componente suplimentare. În cazul unei unități DC, este necesară rectificarea.
- Curentul de pornire este mult mai mic, ceea ce este foarte important pentru dispozitivele folosite în viața de zi cu zi.
- Dacă există un circuit de control, dispozitivul său este mult mai simplu - un reostat și un tiristor. Dacă componenta electronică se defectează, atunci motorul colectorului, al cărui preț depinde de putere și variază de la 1.400 de ruble sau mai mult, va rămâne operațional, dar se va porni imediat la putere maximă.
Există și anumite dezavantaje:
- Din cauza pierderilor datorate inversării statorului și inductanței, eficiența generală este redusă considerabil.
- Cuplul maxim a fost, de asemenea, redus.
Motoarele electrice cu colectoare monofazate au anumite avantaje în comparație cu cele asincrone:
- compactitate;
- lipsa legării la frecvența și viteza rețelei;
- cuplu de pornire semnificativ;
- scăderea proporțională și creșterea vitezei în modul automat, precum și o creștere a cuplului odată cu creșterea sarcinii, în timp ce tensiunea de alimentare rămâne neschimbată;
- controlul vitezei poate fi ușor într-o gamă destul de largă prin schimbarea tensiunii de alimentare.
Dezavantaje în comparație cu motorul cu inducție
- când sarcina se schimbă, viteza va fi instabilă;
- ansamblul perii-colector face ca dispozitivul să nu fie foarte fiabil (nevoia de a folosi cele mai rigide perii reduce semnificativ resursa);
- Comutarea AC provoacă o scânteie puternică pe colector și se formează interferențe radio;
- nivel ridicat de zgomot în timpul funcționării;
- galeria este caracterizată de un număr mare de piese, ceea ce face motorul destul de masiv.
Motorul de comutator modern este caracterizat de o resursă comparabilă cu capacitățile angrenajelor mecanice și ale corpurilor de lucru.
Alte comparații
La compararea colectorului și a motoarelor asincrone de aceeași putere, indiferent de frecvența nominală a acestora din urmă, se obține o caracteristică diferită. Acest lucru va fi descris mai detaliat mai jos. Motorul electric cu colector universal implementează o caracteristică „moale”. În acest caz, momentul este direct proporțional cu sarcina pe arbore, în timp ce rotațiile sunt invers proporționale cu acesta. Cuplul nominal este de obicei mai mic decât maximul de 3-5 ori. Limitarea turației la ralanti este caracterizată exclusiv de pierderi ale motorului, în timp ce pornind o unitate puternică fără sarcină, aceasta se poate prăbuși.
Caracteristica unui motor asincron este „ventilator”, adică unitatea menține o turație apropiată de cea nominală, crescând cât mai brusc cuplul cu o scădere ușoară a turației. Dacă vorbim despre o schimbare semnificativă a acestui indicator, atunci cuplul motor nu numai că nu crește, ci și scadela zero, ceea ce duce la o oprire completă. Turația de ralanti este puțin mai mare decât cea nominală, rămânând în același timp constantă. O caracteristică a unui motor cu inducție monofazat este un set suplimentar de probleme asociate cu pornirea, deoarece nu dezvoltă cuplul de pornire în condiții normale. Câmpul magnetic al unui stator monofazat, care pulsează în timp, se descompune în două câmpuri cu faze opuse, ceea ce face imposibilă începerea fără tot felul de trucuri:
- capacitate care creează o fază artificială;
- canelura împărțită;
- rezistență activă formând o fază artificială.
Teoretic, un câmp rotativ anti-fază reduce eficiența maximă a unei unități asincrone monofazate la 50-60% din cauza pierderilor dintr-un sistem magnetic suprasaturat și înfășurărilor încărcate cu curenți în contra-câmp. Se dovedește că pe același arbore sunt două mașini electrice, în timp ce una funcționează în modul motor, iar a doua în modul opoziție. Rezultă că motoarele electrice cu colectoare monofazate nu cunosc concurenți în rețelele respective. Acesta este ceea ce merita o popularitate atât de mare.
Caracteristicile mecanice ale motorului electric îi conferă un anumit domeniu de utilizare. Vitezele mici, limitate de frecvența rețelei de curent alternativ, fac ca unitățile asincrone de putere similară să fie mari ca greutate și dimensiune în comparație cu colectoarele universale. Cu toate acestea, atunci când este inclus în circuitul de putere al invertorului cu o frecvență în altă, se pot obține dimensiuni și greutate comparabile. Rigiditatea caracteristicii mecanice rămânemotor, la care se adaugă pierderile de conversie de curent, precum și o creștere a frecvenței, crește pierderile magnetice și inductive.
Analogice fără ansamblu colector
Un motor cu comutator de curent alternativ are un analog care este cel mai apropiat de el în ceea ce privește caracteristicile mecanice - unul cu supapă, în care ansamblul perie-colector a fost înlocuit cu un invertor echipat cu un senzor de poziție a rotorului. Următorul sistem este utilizat ca analog electronic al acestei unități: un redresor, un motor sincron cu un senzor de poziție unghiulară a rotorului, combinat cu un invertor. Cu toate acestea, prezența magneților permanenți în rotor reduce cuplul maxim, menținând în același timp dimensiunile.
Principiul de funcționare
Dispozitivul cu motor electric colector demonstrează modul în care dispozitivul transformă energia electrică în energie mecanică și invers. Acest lucru indică capacitatea sa de a fi folosit ca generator. Merită să luăm în considerare mai în detaliu motorul electric al colectorului, a cărui diagramă îi va demonstra capacitățile.
Legile fizicii afirmă clar că atunci când un curent electric trece printr-un conductor într-un câmp magnetic, asupra acestuia se exercită o anumită forță. În acest caz, funcționează regula din dreapta, ceea ce are un impact direct asupra puterii motorului electric. Motorul comutatorului funcționează exact pe acest principiu de bază.
Fizica ne învață că bazacrearea lucrurilor potrivite sunt reguli mici. Aceasta a servit drept bază pentru crearea unui cadru care se rotește într-un câmp magnetic, ceea ce a făcut posibilă crearea unui motor electric de colector. Diagrama arată că o pereche de conductori este plasată într-un câmp magnetic, al cărui curent este direcționat în direcții opuse și, prin urmare, și forțele. Suma lor dă cuplul necesar. Dispozitivul unui motor electric este mult mai complicat, deoarece i s-a adăugat un întreg complex de elemente necesare, în special un colector care asigură aceeași direcție a curentului peste poli. Deplasarea neuniformă a fost eliminată prin plasarea mai multor bobine pe armătură, în timp ce magneții permanenți au fost înlocuiți cu bobine, ceea ce a eliminat nevoia de curent continuu. Acest lucru a făcut posibilă acordarea cuplului într-o singură direcție.
Reparație de motoare electrică, pe cont propriu
Ca orice alt dispozitiv, această unitate se poate defecta din orice motiv. Dacă motorul electric, a cărui fotografie o puteți vedea în recenzia noastră, nu poate obține numărul necesar de rotații sau arborele nu se învârte atunci când este pornit, trebuie să verificați dacă siguranțele lui s-au ars, dacă există rupturi. circuitul electric al armăturii, dacă dispozitivul în sine este supraîncărcat. Foarte des, supraîncărcarea are ca rezultat un consum anormal de curent. Pentru a elimina această defecțiune, este necesar să inspectați cu atenție transmisia mecanică și frâna și apoi să eliminați cauzele supraîncărcărilor.
Designul motorului electric este astfel încât atunci când pornește, consumăo anumită cantitate de curent. Dacă este mai mare decât valoarea nominală, este necesar să se verifice consistența conexiunii înfășurărilor în paralel și în serie între ele, precum și în raport cu reostat. Atunci când se efectuează reparații de motoare electrice, se fac cel mai adesea greșeli destul de specifice. În special, înfășurarea în șunt poate fi conectată în serie cu rezistența electrică a reostatului sau conectată la un pol al rețelei electrice.
Verificarea consistenței conexiunii înfășurării de excitație de lucru se realizează prin conectarea unuia dintre capetele înfășurării în șunt cu capătul de ancorare, iar al doilea - cu un conductor electric care provine din arcul reostat. De obicei, secțiunea transversală a acestui conductor electric este puțin mai mică decât celel alte, așa că poate fi detectată fără un megger. După ce porniți comutatorul de alimentare și mutați glisorul reostatului în poziția de mijloc, alimentarea este furnizată la capetele libere. Cu ajutorul unei lămpi de control, se efectuează o verificare secvențială a tuturor capetelor conductoare. Când atingeți unul dintre ele, lampa ar trebui să se aprindă, dar nu și cu ceal altă. Așa este testat întregul motor. Prețul lucrărilor efectuate va depinde de tipul de avarie al unității.
Dacă în timpul funcționării dispozitivului există un număr de rotații mai mic decât cel nominal, atunci principalele motive pentru aceasta sunt de obicei următoarele: tensiune scăzută de rețea, suprasarcină a dispozitivului, curent de excitare mare. Dacă se observă o inoperabilitate de natură opusă, este necesară verificarea circuitului de excitație, eliminarea tuturor defectelor identificate, după careputeți seta valoarea normală a curentului de excitație. În unele cazuri, poate fi necesară derularea motoarelor.
Când motivul inoperabilității unității este împerecherea eronată a înfășurărilor de câmp în paralel și în serie, este necesar să se restabilească ordinea corectă de conectare. Dacă nu este posibilă eliminarea unei astfel de probleme într-un mod simplu, poate fi necesară derularea motoarelor electrice. De asemenea, este necesar să se verifice mărimea tensiunii din rețeaua electrică, deoarece odată cu creșterea valorii sale nominale, rotațiile dispozitivului pot crește.
