Kommutaattorimoottori on synkroninen sähkökone, jossa käämityksen virtakytkin ja roottorin asentoanturi on tehty saman laitteen - harja-keräinkokoonpanon - muodossa. Tätä laitetta on monessa muodossa.
Lajikkeet
DC-kommutaattorimoottori sisältää yleensä sellaisia kohteita kuin:
- kolminapainen roottori holkkilaakereissa;
- kaksinapainen kestomagneettistaattori;
- kuparilevyt kommutaattorikokoonpanon harjoina.
Tämä sarja on tyypillinen pienitehoisille ratkaisuille, joita yleensä käytetään lasten leluissa, joissa ei vaadita suurta tehoa. Tehokkaammat moottorit sisältävät useita rakenteellisia elementtejä:
- neljä grafiittiharjaa keräinkokoonpanon muodossa;
- moninapainen roottori vierintälaakereissa;
- kestomagneettistaattori, jossa on neljä napaa.
Useimmiten tämäntyyppinen moottorilaitekäytetään nykyaikaisissa autoissa jäähdytys- ja ilmanvaihtojärjestelmän tuulettimen, pesurin pumppujen, pyyhkinten ja muiden elementtien ohjaamiseen. On myös monimutkaisempia aggregaatteja.
Useiden satojen wattien sähkömoottorin teho edellyttää sähkömagneeteista tehdyn nelinapaisen staattorin käyttöä. Sen käämien kytkemiseen voidaan käyttää yhtä useista tavoista:
- Sarjassa roottorin kanssa. Tällöin saadaan suuri maksimivääntömomentti, mutta suuren joutokäyntinopeuden vuoksi moottorivaurion riski on suuri.
- Rinnakkain roottorin kanssa. Tässä tapauksessa nopeus pysyy vakaana muuttuvissa kuormitusolosuhteissa, mutta suurin vääntömomentti on huomattavasti pienempi.
- Sekoitettu heräte, kun osa käämistä on kytketty sarjaan ja osa rinnan. Tässä tapauksessa edellisten vaihtoehtojen edut yhdistetään. Tätä tyyppiä käytetään autojen käynnistyksissä.
- Itsenäinen heräte, joka käyttää erillistä virtalähdettä. Tässä tapauksessa saadaan rinnakkaiskytkentää vastaavat ominaisuudet. Tätä vaihtoehtoa käytetään harvoin.
Kommutaattorimoottorilla on tiettyjä etuja: niitä on helppo valmistaa, korjata, käyttää ja niiden käyttöikä on melko pitkä. Haittapuolena korostetaan yleensä seuraavaa: tällaisten laitteiden tehokkaat mallit ovat yleensä suuria nopeuksia ja alhaisia vääntömomentteja, joten useimmat käytöt vaativat vaihteiston asennuksen. Tämä väite on perusteltukoska alhaisella nopeudella suuntautuvalle sähkökoneelle on ominaista aliarvioitu hyötysuhde sekä tähän liittyvät jäähdytysongelmat. Jälkimmäiset ovat sellaisia, että niihin on vaikea löytää tyylikästä ratkaisua.
Universaali kommutaattorimoottori
Tämä variantti on eräänlainen DC-kommutaattorikone, joka pystyy toimimaan sekä tasa- että vaihtovirralla. Laite on yleistynyt tietyntyyppisissä kodinkoneissa ja käsityökaluissa pienen koon, keveyden, alhaisten kustannusten ja nopeuden säätelyn helppouden vuoksi. Löytyy melko usein vetoajoneuvona Yhdysv altojen ja Euroopan rautateillä. Voit harkita sähkömoottorin laitetta.
Suunnitteluominaisuudet
Ymmärtääksesi tämän ongelman paremmin, sinun tulee pohtia tarkemmin, mikä muodosti esitetyn laitteen perustan. Universaali kommutaattorimoottorityyppi on tasavirtalaite, jossa on sarjaan kytketyt virityskäämit ja joka on optimoitu toimimaan kotitalouksien virransyöttöverkon vaihtovirralla. Moottori pyörii yhteen suuntaan napaisuudesta riippumatta. Tämä johtuu siitä, että staattorin ja roottorin käämien sarjakytkentä johtaa niiden magneettinapojen samanaikaiseen muutokseen ja tästä johtuen syntyvä vääntömomentti suuntautuu yhteen suuntaan.
Mistä se on tehty?
AC-kommutaattorimoottorissa käytetään magneettistapehmeä materiaali matalalla hystereesillä. Pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi tämä elementti on valmistettu eristetyistä pinotuista levyistä. AC-kollektorikoneiden osana on tapana erottaa sykkivät virtayksiköt, jotka saadaan tasasuuntaamalla yksivaiheisen piirin virta ilman a altoilun tasoitusta.
AC-kommutaattorimoottorille on useimmiten tunnusomaista seuraava ominaisuus: hidaskäyntisessä tilassa staattorikäämien induktiivinen vastus ei salli virrankulutusta tiettyjä rajoja enempää, kun taas moottorin suurin vääntömomentti on myös rajoitettu 3-5 nimellisarvosta. Mekaanisten ominaisuuksien lähentäminen saavutetaan käyttämällä staattorikäämien osiointia - erillisiä lähtöjä käytetään vaihtovirran kytkemiseen.
Melko vaikea tehtävä sisältää tehokkaan vaihtovirtakeräimen kytkemisen. Sillä hetkellä, kun lohko ohittaa nollan, roottorin kanssa kosketuksessa oleva magneettikenttä muuttaa suuntansa päinvastaiseksi, mikä aiheuttaa reaktiivisen EMF:n muodostumisen osassa. Tämä tapahtuu käytettäessä verkkovirtaa. Vaihtovirtakeräyskoneissa tapahtuu myös reaktiivista EMF:ää. Myös muuntajan EMF mainitaan tässä, koska roottori on staattorin magneettikentässä, joka sykkii ajoissa. Kerääjämoottorin tasainen käynnistys ei ole mahdollista, koska tällä hetkellä koneen amplitudi on maksimi, ja kun se lähestyy synkronointinopeutta, se pienenee suhteellisesti. Kuten edelleenkiihtyvyys, uusi nousu havaitaan. Kytkentäongelman ratkaisemiseksi tässä tapauksessa ehdotetaan useita peräkkäisiä vaiheita:
- Suunnittelussa tulisi suosia yksikierrososaa kytkimen virtauksen vähentämiseksi.
- Osion aktiivista vastusta on lisättävä, jolle lupaavimpia elementtejä ovat vastukset kollektorilevyissä, joissa havaitaan hyvä jäähdytys.
- Kommutaattori on hiottava aktiivisesti harjoilla, joilla on suurin kovuus ja suurin vastus.
- Reaktiivinen EMF voidaan kompensoida käyttämällä sarjakäämeillä varustettuja lisänapoja, ja rinnakkaiskäämityksiä voidaan käyttää muuntajan EMF-kompensointiin. Koska jälkimmäisen parametrin arvo on roottorin kulmanopeuden ja magnetointivirran funktio, tällaiset käämit vaativat orjaohjausjärjestelmien käyttöä, joita ei vielä ole olemassa.
- Syöttöpiirien taajuuden tulee olla mahdollisimman pieni. Suosituimmat vaihtoehdot ovat 16 ja 25 Hz.
- UKD käännetään vaihtamalla staattorin tai roottorin käämien napaisuutta.
Hyvät ja huonot puolet
Vertailussa käytetään seuraavia ehtoja: laitteet liitetään kotitalouksien sähköverkkoon jännitteellä 220 volttia ja taajuudella 50 Hz, kun moottorin teho on sama. Laitteiden mekaanisten ominaisuuksien ero voi olla haitta tai eturiippuen aseman vaatimuksista.
Joten AC-kommutaattorimoottori: edut tasavirtayksikköön verrattuna:
- Yhteys verkkoon muodostetaan suoraan, eikä lisäkomponentteja tarvitse käyttää. Tasavirtayksikön tapauksessa tarvitaan tasasuuntaus.
- Käynnistysvirta on paljon pienempi, mikä on erittäin tärkeää jokapäiväisessä elämässä käytettäville laitteille.
- Jos ohjauspiiri on olemassa, sen laite on paljon yksinkertaisempi - reostaatti ja tyristori. Jos elektroninen komponentti epäonnistuu, keräinmoottori, jonka hinta riippuu tehosta ja vaihtelee 1 400 ruplaa tai enemmän, pysyy toiminnassa, mutta käynnistyy välittömästi täydellä teholla.
On myös tiettyjä haittoja:
- Staattorin suunnanvaihdon ja induktanssin aiheuttamien häviöiden vuoksi kokonaishyötysuhde laskee huomattavasti.
- Myös maksimivääntömomenttia on vähennetty.
Yksivaiheisilla kollektorisähkömoottoreilla on tiettyjä etuja asynkronisiin moottoreihin verrattuna:
- tiiviys;
- sitoutumisen puute verkon taajuuteen ja nopeuteen;
- merkittävä käynnistysmomentti;
- nopeuden suhteellinen lasku ja lisäys automaattitilassa sekä vääntömomentin kasvu kuormituksen kasvaessa, kun syöttöjännite pysyy muuttumattomana;
- nopeudensäätö voi olla sujuvaa melko laajalla alueella syöttöjännitettä muuttamalla.
Haitat oikosulkumoottoriin verrattuna
- kun kuormitus muuttuu, nopeus on epävakaa;
- harja-kerääjäkokoonpano tekee laitteesta epäluotettavan (jäykimpien harjojen käyttö vähentää merkittävästi resursseja);
- AC-kytkentä aiheuttaa voimakkaan kipinän kollektoriin ja muodostuu radiohäiriöitä;
- korkea melutaso käytön aikana;
- jakoputkelle on ominaista suuri määrä osia, mikä tekee moottorista melko massiivisen.
Nykyaikaiselle kommutaattorimoottorille on ominaista resurssit, jotka ovat verrattavissa mekaanisten vaihteiden ja työkappaleiden ominaisuuksiin.
Muut vertailut
Verrattaessa saman tehon kollektori- ja asynkronisia moottoreita, riippumatta viimeksi mainitun nimellistaajuudesta, saadaan erilainen ominaisuus. Tätä kuvataan tarkemmin alla. Yleiskokoinen sähkömoottori toteuttaa "pehmeän" ominaisuuden. Tässä tapauksessa momentti on suoraan verrannollinen akselin kuormitukseen, kun taas kierrokset ovat kääntäen verrannollisia siihen. Nimellisvääntömomentti on yleensä 3-5 kertaa pienempi kuin maksimi. Tyhjäkäyntinopeuden rajoitukselle on ominaista yksinomaan moottorin häviöt, kun taas voimakkaan yksikön käynnistäminen ilman kuormitusta voi romahtaa.
Asynkronisen moottorin ominaisuus on "puhallin", eli yksikkö ylläpitää nopeutta lähellä nimellisarvoa, lisää vääntömomenttia mahdollisimman jyrkästi pienellä nopeuden laskulla. Jos puhumme merkittävästä muutoksesta tässä indikaattorissa, niin moottorin vääntömomentti ei vain kasva, vaan myös pieneneenollaan, mikä johtaa täydelliseen pysähtymiseen. Tyhjäkäyntinopeus on hieman nimellisarvoa korkeampi, mutta pysyy vakiona. Yksivaiheisen oikosulkumoottorin ominaisuus on lisäongelmia, jotka liittyvät käynnistykseen, koska se ei kehitä käynnistysmomenttia normaaleissa olosuhteissa. Yksivaiheisen staattorin ajassa sykkivä magneettikenttä hajoaa kahdeksi vastakkaisen vaiheen kenttään, mikä tekee käynnistämisen mahdottomaksi ilman kaikenlaisia temppuja:
- kapasitanssi, joka luo keinotekoisen vaiheen;
- jaettu ura;
- aktiivinen vastus, joka muodostaa keinotekoisen vaiheen.
Teoreettisesti antivaiheinen pyörivä kenttä laskee yksivaiheisen asynkronisen yksikön maksimihyötysuhteen 50-60 prosenttiin ylikyllästetyn magneettijärjestelmän ja vastakenttävirroilla kuormitettujen käämien häviöiden vuoksi. Osoittautuu, että samalla akselilla on kaksi sähkökonetta, joista toinen toimii moottoritilassa ja toinen oppositiotilassa. Osoittautuu, että yksivaiheiset kollektorisähkömoottorit eivät tunne kilpailijoita vastaavissa verkoissa. Tämä on ansainnut niin suuren suosion.
Sähkömoottorin mekaaniset ominaisuudet tarjoavat sille tietyn käyttöalueen. Pienet nopeudet, joita rajoittaa vaihtovirtasähkön taajuus, tekevät samantehoisista asynkronisista yksiköistä painoltaan ja kooltaan suuria yleiskeräimiin verrattuna. Kuitenkin, kun se sisällytetään invertterin virtapiiriin suurella taajuudella, voidaan saavuttaa vertailukelpoiset mitat ja paino. Mekaanisen ominaisuuden jäykkyys säilyymoottori, johon lisätään virran muunnoshäviöt sekä taajuuden kasvu, magneettiset ja induktiiviset häviöt kasvavat.
Analogit ilman jakotukkikokoonpanoa
AC-kommutaattorimoottorilla on mekaanisilta ominaisuuksiltaan sitä lähimpänä oleva analogi - venttiili, jossa harja-keräinkokoonpano korvattiin roottorin asentoanturilla varustetulla invertterillä. Seuraavaa järjestelmää käytetään tämän yksikön elektronisena analogina: tasasuuntaaja, synkroninen moottori roottorin kulma-asennon tunnistimella yhdistettynä invertteriin. Kestomagneettien läsnäolo roottorissa kuitenkin vähentää maksimivääntömomenttia säilyttäen samalla mitat.
Toimintaperiaate
Keräyssähkömoottorilaite osoittaa, kuinka laite muuttaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi ja päinvastoin. Tämä osoittaa sen kyvyn käyttää generaattorina. Kannattaa pohtia tarkemmin keräimen sähkömoottoria, jonka kaavio osoittaa sen ominaisuudet.
Fysiikan lait sanovat selvästi, että kun sähkövirta kulkee johtimen läpi magneettikentässä, siihen kohdistuu tietty voima. Tässä tapauksessa oikean käden sääntö toimii, mikä vaikuttaa suoraan sähkömoottorin tehoon. Kommutaattorimoottori toimii täsmälleen tällä perusperiaatteella.
Fysiikka opettaa meille sen perustanoikeiden asioiden luominen ovat pieniä sääntöjä. Tämä toimi perustana magneettikentässä pyörivän kehyksen luomiselle, mikä mahdollisti kollektorisähkömoottorin luomisen. Kaavio osoittaa, että johdinpari on sijoitettu magneettikenttään, jonka virta on suunnattu vastakkaisiin suuntiin ja siten myös voimat. Niiden summa antaa vaaditun vääntömomentin. Sähkömoottorin laite on paljon monimutkaisempi, koska siihen on lisätty koko joukko välttämättömiä elementtejä, erityisesti kollektori, joka tarjoaa saman virran suunnan napojen yli. Epätasainen liike poistettiin asettamalla enemmän käämiä ankkuriin, kun taas kestomagneetit korvattiin keloilla, mikä poisti tasavirran tarpeen. Tämä mahdollisti vääntömomentin yhden suunnan.
Tee-se-itse sähkömoottorin korjaus
Kuten mikä tahansa laite, tämä laite voi epäonnistua mistä tahansa syystä. Jos sähkömoottori, jonka valokuva näet katsauksessamme, ei saa vaadittua kierroslukua tai akseli ei pyöri, kun se käynnistetään, sinun on tarkistettava, ovatko sen sulakkeet palaneet, jos siinä on katkoksia. ankkurin sähköpiiri, jos itse laite on ylikuormitettu. Hyvin usein ylikuormitus johtaa epänormaaliin virrankulutukseen. Tämän vian poistamiseksi on tarpeen tarkastaa huolellisesti mekaaninen voimansiirto ja jarrut ja poistaa sitten ylikuormituksen syyt.
Sähkömoottorin rakenne on sellainen, että kun se käynnistyy, se kuluttaatietyn määrän virtaa. Jos se on suurempi kuin nimellisarvo, on tarpeen tarkistaa rinnakkais- ja sarjakäämien kytkennän johdonmukaisuus suhteessa toisiinsa sekä suhteessa reostaattiin. Kun sähkömoottorin korjauksia tehdään itse, tehdään useimmiten melko konkreettisia virheitä. Erityisesti shunttikäämitys voidaan kytkeä sarjaan reostaatin sähkövastuksen kanssa tai kytkeä sähköverkon yhteen napaan.
Työherätyskäämin liitännän johdonmukaisuuden tarkistaminen suoritetaan yhdistämällä yksi shunttikäämin päistä ankkuripäähän ja toinen - reostaattikaaresta tulevaan sähköjohtimeen. Yleensä tämän sähköjohtimen poikkileikkaus on hieman pienempi kuin muiden, joten se voidaan havaita ilman meggeriä. Kun virtakytkin on kytketty päälle ja reostaatin liukusäädin on siirretty keskiasentoon, virta syötetään vapaisiin päihin. Ohjauslampun avulla suoritetaan peräkkäinen kaikkien johtavien päiden tarkastus. Kun kosketat yhtä niistä, lampun tulee syttyä, mutta ei toisella. Näin koko moottori testataan. Suoritetun työn hinta riippuu yksikön rikkoutumisesta.
Jos laitteen käytön aikana syntyy nimellisarvoa pienempi kierrosluku, pääasialliset syyt tähän ovat yleensä seuraavat: alhainen verkkojännite, laitteen ylikuormitus, suuri jännittävä virta. Jos havaitaan päinvastainen toimintahäiriö, on virityspiiri tarkistettava, kaikki tunnistetut viat on poistettava, minkä jälkeenvoit asettaa viritysvirran normaaliarvon. Joissakin tapauksissa voi olla tarpeen kelata moottorit taaksepäin.
Kun yksikön toimimattomuuden syynä on rinnakkais- ja sarjakenttäkäämien virheellinen pariliitos, on tarpeen palauttaa oikea kytkentäjärjestys. Jos tällaista ongelmaa ei ole mahdollista poistaa yksinkertaisella tavalla, voi olla tarpeen kelata sähkömoottorit takaisin. Myös sähköverkon jännitteen suuruus on tarkistettava, koska sen nimellisarvon kasvaessa laitteen kierrokset voivat kasvaa.
