Kommutaatormootor on sünkroonne elektrimasin, mille mähises olev voolulüliti ja rootori asendiandur on valmistatud sama seadme - harja-kollektori koostu - kujul. Seda seadet on mitmel kujul.
Sordid
Alalisvoolu kommutaatori mootor sisaldab tavaliselt selliseid elemente nagu:
- kolmepooluseline rootor hülsslaagritel;
- kahepooluseline püsimagnetstaator;
- vaskplaadid kommutaatorisõlme harjadena.
See komplekt on tüüpiline väikseima võimsusega lahendustele, mida tavaliselt kasutatakse laste mänguasjades, kus suurt võimsust pole vaja. Võimsamad mootorid sisaldavad veel mitmeid konstruktsioonielemente:
- neli grafiitharja kollektorikomplektina;
- mitmepooluseline rootor veerelaagritel;
- nelja poolusega püsimagnetstaator.
Enamasti seda tüüpi mootoriseadekasutatakse kaasaegsetes autodes jahutus- ja ventilatsioonisüsteemi ventilaatori, pesuripumpade, klaasipuhastite ja muude elementide juhtimiseks. On ka keerukamaid agregaate.
Mitmesaja vatise elektrimootori võimsus hõlmab elektromagnetitest valmistatud neljapooluselise staatori kasutamist. Selle mähiste ühendamiseks saab kasutada ühte mitmest meetodist:
- Seerias rootoriga. Sel juhul saadakse suur maksimaalne pöördemoment, kuid suure tühikäigu pöörete tõttu on mootori kahjustamise oht suur.
- Paralleelselt rootoriga. Sel juhul püsib pöörlemissagedus muutuvatel koormustingimustel stabiilsena, kuid maksimaalne pöördemoment on märgatav alt väiksem.
- Segaergutus, kui osa mähist on ühendatud järjestikku ja osa paralleelselt. Sel juhul kombineeritakse eelmiste valikute eelised. Seda tüüpi kasutatakse autode käivitamisel.
- Sõltumatu ergutus, mis kasutab eraldi toiteallikat. Sel juhul saadakse paralleelühendusele vastavad omadused. Seda valikut kasutatakse harva.
Kommutaatormootoril on teatud eelised: neid on lihtne valmistada, parandada, kasutada ja nende kasutusiga on üsna pikk. Puudustena tuuakse tavaliselt välja järgmist: selliste seadmete tõhusad konstruktsioonid on tavaliselt kiired ja väikese pöördemomendiga, mistõttu enamik ajamid nõuavad käigukastide paigaldamist. See väide on igati põhjendatudkuna madalale kiirusele orienteeritud elektrimasinat iseloomustab alahinnatud efektiivsus ja sellega seotud jahutusprobleemid. Viimased on sellised, et neile on raske elegantset lahendust leida.
Universaalne kommutaatormootor
See variant on omamoodi alalisvoolu kommutaator, mis on võimeline töötama nii alalis- kui ka vahelduvvoolul. Seade on oma väiksuse, väikese kaalu, madala hinna ja kiiruse reguleerimise lihtsuse tõttu muutunud lai alt levinud teatud tüüpi kodumasinate ja käsitööriistade puhul. Üsna sageli leitakse veovahendina Ameerika Ühendriikide ja Euroopa raudteedel. Võite kaaluda elektrimootori seadet.
Disainifunktsioonid
Selle probleemi paremaks mõistmiseks peaksite üksikasjalikum alt kaaluma, mis oli esitatud seadme aluseks. Universaalne kommutaatormootori tüüp on järjestikku ühendatud ergutusmähistega alalisvooluseade, mis on optimeeritud töötama kodumajapidamises kasutatava toitevõrgu vahelduvvoolul. Mootor pöörleb ühes suunas, olenemata polaarsusest. Selle põhjuseks on asjaolu, et staatori ja rootori mähiste jadaühendus toob kaasa nende magnetpooluste samaaegse muutumise ja tänu sellele suunatakse tekkiv pöördemoment ühes suunas.
Millest see tehtud on?
Vahelduvvoolu kommutaatori mootor hõlmab magnetilist kasutamistpehme materjal madala hüstereesiga. Pöörisvoolukadude vähendamiseks on see element valmistatud isolatsiooniga virnastatud plaatidest. Vahelduvvoolu kollektormasinate alamhulgana on tavaks välja tuua pulseerivad vooluühikud, mis saadakse ühefaasilise vooluahela voolu alaldamisel ilma pulsatsiooni silumist kasutamata.
Vahelduvvoolu kommutaatormootorit iseloomustab kõige sagedamini järgmine omadus: madala kiirusega režiimis ei võimalda staatori mähiste induktiivne takistus teatud piiridest rohkem voolu tarbida, samas kui mootori maksimaalne pöördemoment on samuti piiratud 3-5 nominaaliga. Mehaaniliste omaduste lähendamine saavutatakse staatori mähiste sektsioonide kasutamisega – vahelduvvoolu ühendamiseks kasutatakse eraldi väljundeid.
Üsna keeruline ülesanne hõlmab võimsa vahelduvvoolukollektori masina ümberlülitamist. Sel hetkel, kui sektsioon läbib neutraali, muudab rootoriga ühenduses olev magnetväli oma suunda vastupidiseks ja see põhjustab sektsioonis reaktiivse EMF tekke. See juhtub vahelduvvoolutoitel töötamisel. Vahelduvvoolukollektormasinates toimub ka reaktiivne EMF. Siin on märgitud ka trafo EMF, kuna rootor on staatori magnetväljas, mis ajas pulseerib. Kollektormootori sujuv käivitamine pole võimalik, kuna sel hetkel on masina amplituud maksimaalne ja sünkroonkiirusele lähenedes väheneb see proportsionaalselt. Nagu edasikiirenduse korral märgitakse uus tõus. Sel juhul lülitusprobleemi lahendamiseks pakutakse välja mitu järjestikust sammu:
- Sidurivoolu vähendamiseks tuleks disainis eelistada ühe pöörde sektsiooni.
- Sektsiooni aktiivtakistust on vaja suurendada, mille puhul on kõige lootustandvamad elemendid takistid kollektorplaatides, kus on täheldatud head jahutust.
- Kommutaatorit tuleb aktiivselt lihvida maksimaalse kõvadusega ja suurima takistusega harjadega.
- Reaktiivset EMF-i saab kompenseerida täiendavate jadamähistega pooluste abil ning trafo EMF-i kompenseerimiseks kasutatakse paralleelmähiseid. Kuna viimase parameetri väärtus sõltub rootori nurkkiirusest ja magnetiseerimisvoolust, on selliste mähiste puhul vaja kasutada alamjuhtimissüsteeme, mida veel ei ole.
- Toiteahelate sagedus peaks olema võimalikult madal. Kõige populaarsemad valikud on 16 ja 25 Hz.
- UKD ümberpööramine toimub staatori või rootori mähiste polaarsuse vahetamise teel.
Pussid ja miinused
Võrdluseks kasutatakse järgmisi tingimusi: seadmed on ühendatud majapidamise elektrivõrku, mille pinge on 220 volti ja sagedus 50 Hz, kusjuures mootori võimsus on sama. Seadmete mehaaniliste omaduste erinevus võib olla puuduseks või eeliseksolenev alt draivi nõuetest.
Niisiis, vahelduvvoolu kommutaatormootor: eelised alalisvooluseadmega võrreldes:
- Võrguühendus luuakse otse ja lisakomponente pole vaja kasutada. Alalisvooluseadme puhul on vaja alaldust.
- Käivitusvool on palju väiksem, mis on igapäevaelus kasutatavate seadmete jaoks väga oluline.
- Juhtahela olemasolul on selle seade palju lihtsam - reostaat ja türistor. Kui elektroonikakomponent ebaõnnestub, jääb kollektori mootor, mille hind sõltub võimsusest ja jääb vahemikku 1400 rubla või rohkem, tööle, kuid lülitub kohe täisvõimsusel sisse.
On ka teatud puudusi:
- Staatori ümberpööramisest ja induktiivsusest tingitud kadude tõttu väheneb üldine kasutegur märgatav alt.
- Maksimaalset pöördemomenti on samuti vähendatud.
Ühefaasilistel kollektorelektrimootoritel on asünkroonsete mootoritega võrreldes teatud eelised:
- kompaktsus;
- seose puudumine võrgu sageduse ja kiirusega;
- märkimisväärne käivitusmoment;
- kiiruse proportsionaalne vähenemine ja suurendamine automaatrežiimis, samuti pöördemomendi suurenemine koormuse suurenemisega, samal ajal kui toitepinge jääb muutumatuks;
- kiiruse reguleerimine võib sujuda üsna laias vahemikus, muutes toitepinget.
Miinused asünkroonmootoriga võrreldes
- kui koormus muutub, on kiirus ebastabiilne;
- harja-kollektori koost muudab seadme mitte eriti töökindlaks (vajadus kasutada kõige jäigemaid harju vähendab oluliselt ressurssi);
- Vahelduvvoolu lülitamine tekitab kollektoris tugeva sädeme ja tekivad raadiohäired;
- kõrge müratase töö ajal;
- kollektorit iseloomustab suur osade hulk, mis muudab mootori üsna massiivseks.
Kaasaegset kommutaatormootorit iseloomustab ressurss, mis on võrreldav mehaaniliste hammasrataste ja töökorpuste võimalustega.
Muud võrdlused
Sama võimsusega kollektor- ja asünkroonmootorite võrdlemisel saadakse olenemata viimaste nimisagedusest erinev karakteristik. Seda kirjeldatakse üksikasjalikum alt allpool. Universaalne kollektori elektrimootor rakendab "pehme" omadust. Sel juhul on moment otseselt võrdeline võlli koormusega, samas kui pöörded on sellega pöördvõrdelised. Nimipöördemoment on tavaliselt maksimaalsest 3-5 korda väiksem. Tühikäigukiiruse piiramist iseloomustavad eranditult kaod mootoris, kui võimsat seadet ilma koormuseta sisse lülitades võib see kokku kukkuda.
Asünkroonmootori omadus on "ventilaator", see tähendab, et seade säilitab nimiväärtusele lähedase kiiruse, suurendades pöördemomenti võimalikult järsult väikese kiiruse vähenemisega. Kui me räägime selle indikaatori olulisest muutusest, siis mootori pöördemoment mitte ainult ei suurene, vaid ka vähenebnullini, mis viib täieliku seiskumiseni. Tühikäigu pöörlemissagedus on nominaalsest pisut kõrgem, jäädes samas konstantseks. Ühefaasilise asünkroonmootori omadus on käivitamisega seotud lisaprobleemide kogum, kuna see ei arenda tavatingimustes käivitusmomenti. Ühefaasilise staatori ajas pulseeriv magnetväli laguneb kaheks vastupidise faasiga väljaks, mistõttu on võimatu käivitada ilma igasuguste trikkideta:
- mahtuvus, mis loob tehisfaasi;
- lõhestatud soon;
- aktiivne takistus, mis moodustab kunstliku faasi.
Teoreetiliselt vähendab faasivastane pöörlev väli ühefaasilise asünkroonse üksuse maksimaalset efektiivsust 50–60%-ni, kuna üleküllastunud magnetsüsteemis ja vastuväljavooludega koormatud mähistes esinevad kaod. Selgub, et samal võllil on kaks elektrimasinat, millest üks töötab mootorirežiimis ja teine opositsioonirežiimis. Selgub, et ühefaasilise kollektoriga elektrimootorid ei tea vastavates võrkudes konkurente. Just see vääris nii suurt populaarsust.
Elektrimootori mehaanilised omadused annavad sellele teatud kasutusala. Madalad kiirused, mida piirab vahelduvvooluvõrgu sagedus, muudavad sarnase võimsusega asünkroonsed seadmed universaalkollektoritega võrreldes suureks kaalu ja suurusega. Kui aga inverteri toiteahelasse lülitada kõrge sagedusega, on võimalik saavutada võrreldavad mõõtmed ja kaal. Mehaanilise karakteristiku jäikus jääb allesmootor, millele lisanduvad voolu muundamise kaod, samuti sageduse suurenemine, magnet- ja induktiivkaod suurenevad.
Analoogid ilma kollektorita
Vahelduvvoolu kommutaatormootoril on mehaaniliste omaduste poolest talle lähim analoog - klapi oma, kus harja-kollektori komplekt asendati rootori asendianduriga varustatud inverteriga. Selle seadme elektroonilise analoogina kasutatakse järgmist süsteemi: alaldi, rootori nurgaasendianduriga sünkroonmootor koos inverteriga. Püsimagnetite olemasolu rootoris vähendab aga maksimaalset pöördemomenti, säilitades samas mõõtmed.
Tööpõhimõte
Kollektor-elektrimootori seade demonstreerib, kuidas seade muudab elektrienergia mehaaniliseks energiaks ja vastupidi. See näitab selle võimet kasutada generaatorina. Tasub üksikasjalikum alt kaaluda kollektori elektrimootorit, mille skeem näitab selle võimalusi.
Füüsikaseadused ütlevad selgelt, et elektrivoolu läbimisel magnetväljas juhist mõjub sellele teatud jõud. Sel juhul töötab parema käe reegel, millel on otsene mõju elektrimootori võimsusele. Kommutaatori mootor töötab täpselt sellel põhimõttel.
Füüsika õpetab meile, et alusõigete asjade loomine on väikesed reeglid. See oli aluseks magnetväljas pöörleva raami loomisel, mis võimaldas luua kollektori elektrimootori. Diagramm näitab, et magnetvälja asetatakse juhtmepaar, mille vool on suunatud vastassuundadesse ja seega ka jõud. Nende summa annab vajaliku pöördemomendi. Elektrimootori seade on palju keerulisem, kuna sellele on lisatud terve kompleks vajalikke elemente, eelkõige kollektor, mis tagab sama voolu suuna üle pooluste. Ebaühtlane liikumine kõrvaldati, asetades armatuurile rohkem mähiseid, samas kui püsimagnetid asendati poolidega, mis kaotas vajaduse alalisvoolu järele. See võimaldas anda pöördemomendile ühes suunas.
Elektrimootori remont ise
Nagu iga teine seade, võib ka see seade mis tahes põhjusel ebaõnnestuda. Kui elektrimootor, mille fotot näete meie ülevaates, ei suuda saavutada vajalikku arvu pöördeid või võll ei pöörle käivitamisel, peate kontrollima, kas selle kaitsmed on läbi põlenud, kas selles on purunemisi. armatuuri elektriahel, kui seade ise on ülekoormatud. Väga sageli põhjustab ülekoormus ebanormaalset voolutarbimist. Selle rikke kõrvaldamiseks on vaja hoolik alt kontrollida mehaanilist jõuülekannet ja pidurit ning seejärel kõrvaldada ülekoormuse põhjused.
Elektrimootori konstruktsioon on selline, et käivitades kulubteatud kogus voolu. Kui see on nimiväärtusest suurem, on vaja kontrollida paralleel- ja jadamähiste ühenduse järjepidevust nii üksteise kui ka reostaadi suhtes. Ise-ise elektrimootorite remonti tehes tehakse kõige sagedamini üsna spetsiifilisi vigu. Eelkõige saab šundimähise ühendada reostaadi elektritakistusega järjestikku või ühendada elektrivõrgu ühe poolusega.
Töötava ergutusmähise ühenduse konsistentsi kontrollimiseks ühendatakse üks šundi mähise otstest ankruotsaga ja teine - reostaadi kaarelt tuleva elektrijuhiga. Tavaliselt on selle elektrijuhi ristlõige veidi väiksem kui teistel, nii et seda saab tuvastada ilma meggerita. Pärast toitelüliti sisselülitamist ja reostaadi liuguri nihutamist keskmisesse asendisse antakse toide vabadele otstele. Juhtlambi abil kontrollitakse järjestikku kõiki juhtivaid otsasid. Kui puudutate ühte neist, peaks lamp süttima, kuid mitte teisega. Nii testitakse kogu mootorit. Teostatud tööde hind sõltub seadme rikke tüübist.
Kui seadme töötamise ajal tekib nimiväärtusest väiksem pöörete arv, siis on selle peamised põhjused tavaliselt järgmised: madal võrgupinge, seadme ülekoormus, suur põnev vool. Kui täheldatakse vastupidist töövõimetust, tuleb ergutusahelat kontrollida, kõrvaldada kõik tuvastatud vead, mille järelsaate määrata ergutusvoolu normaalväärtuse. Mõnel juhul võib osutuda vajalikuks mootorid tagasi kerida.
Kui seadme töövõimetuse põhjuseks on paralleel- ja jadaväljamähiste vale sidumine, on vaja taastada õige ühendusjärjekord. Kui sellist probleemi pole võimalik lihtsal viisil kõrvaldada, võib osutuda vajalikuks elektrimootorite tagasikerimine. Samuti on vaja kontrollida elektrivõrgu pinge suurust, kuna selle nimiväärtuse suurenemisega võivad seadme pöörded suureneda.
