Jak vypadá kartáčovaný motor?

V mnoha průmyslových odvětvích jsou k provádění technologických procesů vyžadovány střídavé komutátorové motory: jednofázové a třífázové komutátorové elektromotory. Strukturálně se prakticky neliší od svých DC „bratrů“. Mechanismus AC motoru se skládá z:

• rotor se smyčkovým (paralelním) nebo vlnovým (symetrickým) vinutím;
• kolektor, ke kterému je připojeno vinutí;
• stator vyrobený z ocelových elektrických desek.

Výhody a nevýhody kartáčovaných střídavých motorů

Jednotky tohoto typu úspěšně řeší problémy, které jsou závislé na provozu elektrického pohonu. Jejich hlavní výhodou je možnost plynule regulovat rychlost v režimu úspory energie.

Nejsou však vhodné pro použití v každé výrobě z důvodu:

• složitost jejich výroby;
• vysoké náklady;
• potřeba pracně náročné údržby kartáčového mechanismu a komutátoru;
• špatné proudové podmínky ve spínání obvodu kotvy.

Jednofázové komutátorové motory

Jednofázový motor obsahuje tři vinutí. První je umístěn na elektrických sloupech a plní funkci buzení. Druhé (kompenzační vinutí) je umístěno ve štěrbinách rotoru a kompenzuje negativní jev reakce kotvy. Přídavné vinutí je určeno pro přídavné póly a je šuntováno pomocí aktivního odporu.

Při vybuzení hlavního vinutí se generují kompenzační proudy a magnetické pole, které vytváří krouticí moment. Jeho směr se shoduje se směrem rotace magnetického pole. Přepnutím svorek budícího vinutí můžete změnit směr točivého momentu.

Kompenzační vinutí snižuje indukční a indukční odpor vinutí kotvy a také zvyšuje účiník motoru. Díky přídavným pólům se zlepšuje kvalita spínání. Rotační EMF kompenzuje jalový a transformátorový EMF. Snadnosti startování je dosaženo vzájemnou kompenzací EMF. Změna provozního režimu a odchylka aktuálních parametrů od zadaných hodnot vede k obtížnému startování jednotky.

Jednofázové motory jsou považovány za univerzální zařízení, protože je lze připojit k sítím stejnosměrného i střídavého proudu. Používají se jako pohony v automatizačních systémech, domácích spotřebičích a elektrickém nářadí. Nejběžnější jsou modely s nízkým výkonem (do 150W).

Třífázové komutátorové motory

Tyto jednotky jsou připojeny do třífázové sítě. Jejich budicí vinutí má vlastnosti bočníkového motoru. Rotor motoru dodává energii do mechanismu. Hlavní provozní funkci plní rotorové vinutí připojené k síti střídavého napětí pomocí sběracích kroužků proudu. Statorové vinutí, umístěné ve štěrbinách rotoru spolu s hlavním vinutím, je ve všech fázích připojeno ke komutátoru motoru. Každá fáze odpovídá určitým kartáčům, které se od sebe pohybují a pohybují pomocí pohyblivých traverz.

Pro provoz mechanismu v režimu asynchronního motoru jsou kartáče instalovány na stejných deskách komutátoru. Na rozdíl od asynchronní jednotky však v komutátorovém motoru hraje roli primárního vinutí rotorové vinutí a roli sekundárního vinutí statorové vinutí. EMF v mechanismu vzniká oddálením kartáčů. EMF způsobuje proud ve statoru, který vytváří a určuje rotační moment mechanismu.

Pro regulaci otáček se do kolektorového okruhu přivádí chybějící výkon. Pomocí transformátorového spojení mezi vinutími se výkon statoru vrací do elektrické sítě a vytváří efekt, který umožňuje regulovat počet otáček hřídele v ekonomickém režimu. Když se kartáče vzdálí o určitou vzdálenost, rychlost rotace se odpovídajícím způsobem zvýší nebo sníží.

Pokud jsou kartáče, odpovídající jejich fázím, posunuty, emf se mění ve fázi. To umožňuje regulovat cosφ. Jeho kvalita se zvyšuje, když je hodnota otáček menší než synchronní a kartáče jsou posunuty ve směru opačném ke směru pohybu rotoru.

Elektromotory pracující z třífázové sítě se nejčastěji používají v polygrafii (na rotačních strojích), textilním a lehkém průmyslu (na spřádacích strojích) a hutnictví (na kovoobráběcích strojích).

Hlavní nevýhodou třífázových jednotek jsou špatné spínací podmínky. To způsobuje potíže při získávání EMF transformátoru, protože zvýšený výkon vede ke zvýšenému magnetickému toku. Proto je ve vzácných případech pro zvýšení EMF a ekonomickou regulaci počtu otáček hřídele do obvodu zaveden asynchronní elektromotor.

Motory se používají k přeměně mechanické energie na elektrickou energii a naopak. Komutátorový motor umožňuje plynule měnit rychlost. Existuje několik druhů těchto zařízení. Největší zájem uživatelů o zařízení vhodné pro práci na standardní síti. Vnitřní struktura kartáčovaného střídavého motoru je jednoduchá, v mnohém se podobá stejnosměrným motorům, ale obejde se bez magnetů a lépe se hodí pro práci se standardní sítí 220 V a 50 Hz. Tento motor lze často nalézt v každodenním životě, například nástroje jako vrtačka a různé spotřebiče – od ventilátoru po pračku.

Druhy motorů

Elektromotory mohou používat stejnosměrný nebo střídavý proud. V závislosti na požadovaném výkonu a provozních podmínkách je elektromotor určen pro jednofázovou nebo třífázovou síť. Některé modely lze připojit k různým zdrojům, ale to může vyžadovat speciální obvod.

Existují dva hlavní typy motorů:

• Kolektor. Název naznačuje přítomnost kolektoru v designu. Tento prvek slouží k přenosu elektřiny. Sestava kartáč-komutátor pomáhá přepínat proud ve vinutí. Podtypy komutátorových motorů jsou pouze stejnosměrné a univerzální motory.
• Bezkartáčový. Dělí se také na podtypy: synchronní a asynchronní. Je užitečné rozlišovat mezi bezkomutátorovými a bezkomutátorovými motory, protože existuje konstrukce skládající se z kartáčů a prstence.
• Servopohony. Odděleno do samostatné třídy. Používají se v systémech, kde je důležité přesně určit polohu a otáčky rotoru.

Výhody a nevýhody komutátorových motorů

Hlavní výhodou je možnost přímého připojení do standardní sítě 220V. Navzdory tomu, že účinnost při použití stejnosměrného proudu je větší, je často výhodnější použít střídavý proud. To je přesně to, co dodávají do domácností a továren. Střídavé kartáčované motory mají řadu výhod, které vedou k jejich popularitě:

• plynulá regulace rychlosti;
• snadnost ovládání. Rychlost můžete změnit změnou vstupního napětí;
• neexistují žádné složité součásti nebo elektronické součástky, proto jsou náklady nízké;
• kompaktní a lehký;
• malý startovací proud.

Motor je jednoduchý a poměrně spolehlivý, ale tato konstrukce má stále nevýhody:

• kolektor potřebuje údržbu;
• kartáče se opotřebovávají a mohou jiskřit;
• během provozu vzniká velký hluk.

Komutátorový motor může v mírných podmínkách pracovat poměrně dlouhou dobu. Domácí spotřebiče vykazují vysokou spolehlivost, někdy fungují bez údržby deset i více let. Ale přesto má design vlastnosti, které by neměly být ignorovány. Pokud uživatel zaznamená na motoru něco divného, ​​například pokles výkonu, lze kartáče vyměnit nebo zkontrolovat pojistky. Než to uděláte, je užitečné se ujistit, že problémy nesouvisejí s poklesem napětí v síti nebo poruchou baterie.

Další nevýhodou domácího spotřebiče je hlučnost. Komutátorové motory se nemohou pochlubit tichým chodem. Vrtačky, vysavače a pračky vydávají velký hluk, zvláště při provozu ve vysokých otáčkách.

Vlastnosti konstrukce komutátorového motoru

Střídavý komutátorový elektromotor je navržen zcela jednoduše. Jeho hlavní prvky:

• Rotor nebo armatura. Pohyblivá část zařízení, na které jsou umístěny kovové desky s vinutím. Kotva musí být vyvážená, jinak bude tlukot narušovat chod motoru.

• Stator. Pevná část motoru. Jsou na něm také umístěny vinutí, a pokud motor běží na stejnosměrný proud, pak se používají magnety.
• Vinutí Důležitá součást motoru, protože elektromagnetické pole je vytvářeno tokem proudů vinutím. Existuje několik způsobů, jak navinout vodič. Můžete najít vinutí tyče a šablony. Typ závisí na výkonu motoru a umístění vodiče.
• Štětce. K přenosu proudu do rotující části mechanismu slouží grafitové nebo kovové kartáče. Tato konstrukční vlastnost vytváří určitá omezení, protože kartáče mohou jiskřit vysokou rychlostí, což je nežádoucí.
• Kolektor. Jedná se o válec sestavený z měděných plátů, které jsou od sebe izolované. Ke každému z nich jsou připojeny elektrody. Tato část je v kontaktu s kartáči.
• Ložiska. Tyto díly pomohou zajistit hladký posuv rotoru. Používají se jak kuličková, tak kluzná ložiska.

Podobnou konstrukci lze nalézt u některých stejnosměrných motorů. Učebnice proto často tento typ motoru do samostatné kategorie neoddělují.

Princip činnosti komutátorového motoru

Můžete pochopit, proč se rotor otáčí, pokud vezmete v úvahu magnetické pole. Pohyb vodiče v něm bude doprovázen výskytem emf. V souladu s tím bude mít vodič tendenci otáčet se v magnetickém poli takovým způsobem, aby se snížil dopad na sebe. Na tom je založen princip činnosti komutátorového motoru. V případě univerzálního motoru jsou vinutí umístěna na statoru a rotoru. Budou vytvářet elektromagnetická pole, jejichž vzájemné působení uvede díly do pohybu.

Točivý moment lze vypočítat pomocí vzorce:

Tato hodnota se měří v Newtonech násobených metrem. Je třeba vzít v úvahu, že proud (I) a magnetický tok (Φ) se mění podle sinusového zákona. Navíc u posledního parametru budete muset vzít v úvahu fázový posun.

Účinnost při provozu na střídavý proud je o něco nižší než při připojení ke zdroji stejnosměrného proudu se stejným napětím. Pokles výkonu je způsoben reverzací magnetizace statoru a přítomnou indukčností.

Provozní režimy motoru

Motor má dopředný zdvih, který je vhodný pro práci pod zátěží a rotor můžete nechat otáčet i v opačném směru. Tato akce se nazývá „reverzní“. Tento režim není v technologii vždy poskytován a potřebný. Například mixér a vysavač nemají zpětný chod. Ale pro vrtačky a šroubováky je to prostě nutné. Není možné šroubovat a odšroubovávat upevňovací prvky bez použití obráceného směru.

Schémata zapojení motoru

Připojení komutátorového motoru k jednofázové síti je snadné. Ale u domácích spotřebičů může být obtížné dostat se k motoru. Proto je lepší si pamatovat, jak jsou prvky připojeny, pokud potřebujete něco změnit v obvodu sami.

Existuje typické schéma zapojení pro komutátorový motor, které lze vzít jako základ. Jedná se o sériové připojení hlavních prvků – vinutí. Jsou také známa paralelní, nezávislá a smíšená schémata zapojení. U paralelního je maximální síla nižší, proto se používá méně často. Ostatní možnosti jsou také nepopulární. Typické schéma sériového zapojení pro komutátorový motor vypadá takto:

Aby bylo možné motor ovládat, lze jej připojit k regulátoru. Jednoduchou možností je tyristorový obvod. Vhodné jsou různé možnosti snížení napětí. Můžete použít reostat, triak atd. Pokud se používá stejnosměrný proud a je instalován nějaký druh mikroobvodu, pak se používá modulace šířky pulzu (PWM).

Typický obvod má významnou nevýhodu: neumožňuje motoru pracovat v reverzním režimu. Pro zpětné otáčení je nutné změnit směr proudů na vinutích jednoho z prvků.

Kde se používají univerzální elektromotory?

V domácích spotřebičích a elektrickém nářadí jsou komutátorové motory běžné. Umožňuje vám dosáhnout až 10 000 otáček za minutu a v případě potřeby můžete upravit rychlost a použít zpátečku. Univerzální motor se instaluje do vrtaček, šroubováků, hoblíků, skládaček a podobného elektrického nářadí. Mezi domácími spotřebiči se takový motor používá v vysoušečích vlasů, šicích a pračkách, mixérech a mlýncích na maso.

Související videa

• Hlavní
• Оборудование
• Startéry, relé, motory