Komutatora motors ir sinhrona elektriskā mašīna, kurā strāvas slēdzis tinumā un rotora stāvokļa sensors ir izgatavots vienas un tās pašas ierīces veidā - birstes-kolektora mezglā. Šai ierīcei ir dažādi veidi.
Šķirnes
Līdzstrāvas kolektora motorā parasti ir iekļauti tādi elementi kā:
- trīspolu rotors uz piedurknes gultņiem;
- divu polu pastāvīgā magnēta stators;
- vara plāksnes kā komutatora bloka sukas.
Šis komplekts ir raksturīgs vismazākās jaudas risinājumiem, ko parasti izmanto bērnu rotaļlietās, kur nav nepieciešama liela jauda. Jaudīgākos dzinējos ir iekļauti vēl vairāki konstrukcijas elementi:
- četras grafīta sukas kolektora komplekta veidā;
- daudzpolu rotors uz rites gultņiem;
- pastāvīgā magnēta stators ar četriem poliem.
Visbiežāk šāda veida motora ierīceizmanto mūsdienu automašīnās, lai darbinātu dzesēšanas un ventilācijas sistēmas ventilatoru, mazgātāju sūkņus, tīrītājus un citus elementus. Ir arī sarežģītāki apkopojumi.
Vairāku simtu vatu elektromotora jauda ir saistīta ar četru polu statora izmantošanu, kas izgatavots no elektromagnētiem. Lai savienotu tā tinumus, var izmantot vienu no vairākām metodēm:
- Virknē ar rotoru. Šādā gadījumā tiek iegūts liels maksimālais griezes moments, tomēr lielo tukšgaitas apgriezienu dēļ dzinēja bojājumu risks ir augsts.
- Paralēli rotoram. Šajā gadījumā ātrums paliek stabils mainīgos slodzes apstākļos, bet maksimālais griezes moments ir ievērojami mazāks.
- Jaukta ierosme, kad daļa tinuma ir savienota virknē un daļa paralēli. Šajā gadījumā tiek apvienotas iepriekšējo iespēju priekšrocības. Šis veids tiek izmantots automašīnu starteriem.
- Neatkarīga ierosme, kas izmanto atsevišķu barošanas avotu. Šajā gadījumā tiek iegūti parametri, kas atbilst paralēlajam savienojumam. Šī opcija tiek izmantota reti.
Komutatora motoram ir noteiktas priekšrocības: tos ir viegli ražot, remontēt, darbināt, un to kalpošanas laiks ir diezgan liels. Kā trūkumi parasti tiek izcelti: šādu ierīču efektīvas konstrukcijas parasti ir ātrgaitas un zema griezes momenta, tāpēc lielākajai daļai piedziņu ir nepieciešams uzstādīt pārnesumkārbas. Šis apgalvojums ir labi pamatotsjo elektriskajai mašīnai, kas orientēta uz mazu ātrumu, ir raksturīga nepietiekami novērtēta efektivitāte, kā arī ar to saistītās dzesēšanas problēmas. Pēdējie ir tādi, ka tiem ir grūti atrast elegantu risinājumu.
Universālais kolektora motors
Šis variants ir sava veida līdzstrāvas komutatora iekārta, kas spēj darboties gan līdzstrāvas, gan maiņstrāvas režīmā. Ierīce ir kļuvusi plaši izplatīta dažu veidu sadzīves tehnikas un rokas instrumentos, pateicoties tās mazajam izmēram, mazam svaram, zemām izmaksām un ātruma regulēšanas vienkāršībai. Diezgan bieži sastopams kā vilces līdzeklis uz Amerikas Savienoto Valstu un Eiropas dzelzceļiem. Varat apsvērt elektromotora ierīci.
Dizaina funkcijas
Lai labāk izprastu šo problēmu, jums vajadzētu sīkāk apsvērt, kas bija prezentētās ierīces pamatā. Universālais kolektora motora tips ir līdzstrāvas ierīce ar virknē savienotiem ierosmes tinumiem, optimizēta darbam ar sadzīves elektroapgādes tīkla maiņstrāvu. Motors griežas vienā virzienā neatkarīgi no polaritātes. Tas ir saistīts ar faktu, ka statora un rotora tinumu virknes savienojums noved pie to magnētisko polu vienlaicīgas maiņas, un tādēļ iegūtais griezes moments tiek novirzīts vienā virzienā.
No kā tas ir izgatavots?
Maiņstrāvas komutatora motors ietver magnētisku izmantošanumīksts materiāls ar zemu histerēzi. Lai samazinātu virpuļstrāvas zudumus, šis elements ir izgatavots no sakrautām plāksnēm ar izolāciju. Kā maiņstrāvas kolektoru iekārtu apakškopu ir ierasts izdalīt pulsējošās strāvas vienības, kuras iegūst, iztaisnojot strāvu vienfāzes ķēdē, neizmantojot pulsācijas izlīdzināšanu.
Maiņstrāvas kolektora motoru visbiežāk raksturo šāda pazīme: zema ātruma režīmā statora tinumu induktīvā pretestība neļauj patērēt strāvu vairāk par noteiktām robežām, savukārt motora maksimālais griezes moments ir arī ierobežots līdz 3-5 no nominālā. Mehānisko raksturlielumu tuvināšana tiek panākta, izmantojot statora tinumu sadalīšanu - maiņstrāvas pieslēgšanai tiek izmantotas atsevišķas izejas.
Diezgan sarežģīts uzdevums ietver jaudīgas maiņstrāvas kolektora iekārtas pārslēgšanu. Brīdī, kad sekcija šķērso neitrālu, magnētiskais lauks, kas ir saiknē ar rotoru, maina virzienu uz pretējo, un tas sekcijā rada reaktīvo EML. Tas notiek, strādājot ar maiņstrāvas padevi. Maiņstrāvas kolektoru mašīnās notiek arī reaktīvais EMF. Šeit tiek atzīmēts arī transformatora EMF, jo rotors atrodas statora magnētiskajā laukā, kas pulsē laikā. Kolektora motora vienmērīga iedarbināšana nav iespējama, jo šajā brīdī mašīnas amplitūda būs maksimāla, un, tuvojoties sinhronizācijas ātrumam, tā proporcionāli samazināsies. Kā tālākpaātrinājumu, tiks atzīmēts jauns pieaugums. Lai atrisinātu pārslēgšanās problēmu šajā gadījumā, tiek piedāvātas vairākas secīgas darbības:
- Priekšroka jādod viena apgrieziena sekcijai, lai samazinātu sajūga plūsmu.
- Jāpalielina sekcijas aktīvā pretestība, kam perspektīvākie elementi ir rezistori kolektora plāksnēs, kur vērojama laba dzesēšana.
- Komutators ir aktīvi jānoslīpē ar maksimālās cietības sukām ar vislielāko pretestību.
- Reaktīvo EML var kompensēt, izmantojot papildu polus ar virknes tinumiem, un paralēlie tinumi ir piemēroti transformatora EML kompensācijai. Tā kā pēdējā parametra vērtība ir funkcija no rotora leņķiskā ātruma un magnetizējošās strāvas, šādiem tinumiem ir jāizmanto palīgvadības sistēmas, kuras vēl nepastāv.
- Barošanas ķēžu frekvencei jābūt pēc iespējas zemākai. Populārākās opcijas ir 16 un 25 Hz.
- UKD maiņa tiek veikta, pārslēdzot statora vai rotora tinumu polaritāti.
Prusi un mīnusi
Salīdzinājumam tiek izmantoti šādi nosacījumi: ierīces ir pievienotas mājsaimniecības elektrotīklam ar spriegumu 220 volti un frekvenci 50 Hz, kamēr dzinēja jauda ir vienāda. Ierīču mehānisko īpašību atšķirības var būt trūkums vai priekšrocībaatkarībā no diskdziņa prasībām.
Tātad, maiņstrāvas kolektora motors: priekšrocības salīdzinājumā ar līdzstrāvas bloku:
- Savienojums ar tīklu tiek izveidots tieši, un nav nepieciešams izmantot papildu komponentus. Līdzstrāvas bloka gadījumā ir nepieciešams labojums.
- Starta strāva ir daudz mazāka, kas ir ļoti svarīgi ikdienā lietojamām ierīcēm.
- Ja ir vadības ķēde, tās ierīce ir daudz vienkāršāka - reostats un tiristors. Ja elektroniskā sastāvdaļa sabojājas, kolektora motors, kura cena ir atkarīga no jaudas un svārstās no 1400 rubļiem vai vairāk, paliks darboties, bet nekavējoties ieslēgsies ar pilnu jaudu.
Ir arī daži trūkumi:
- Sakarā ar zaudējumiem, ko izraisa statora maiņa un induktivitāte, kopējā efektivitāte ir ievērojami samazināta.
- Ir samazināts arī maksimālais griezes moments.
Vienfāzes kolektora elektromotoriem ir noteiktas priekšrocības salīdzinājumā ar asinhronajiem:
- kompaktums;
- tīkla frekvences un ātruma piesaistes trūkums;
- ievērojams sākuma griezes moments;
- proporcionāls ātruma samazinājums un palielinājums automātiskajā režīmā, kā arī griezes momenta pieaugums, palielinoties slodzei, kamēr barošanas spriegums paliek nemainīgs;
- ātruma regulēšana var būt vienmērīga diezgan plašā diapazonā, mainot barošanas spriegumu.
Trūkumi salīdzinājumā ar indukcijas motoru
- mainoties slodzei, ātrums būs nestabils;
- birstes savācēja komplekts padara ierīci ne pārāk uzticamu (nepieciešamība izmantot visstingrākās birstes ievērojami samazina resursus);
- Maiņstrāvas pārslēgšana izraisa spēcīgu dzirksteli uz kolektora, un rodas radio traucējumi;
- augsts trokšņa līmenis darbības laikā;
- kolektoram raksturīgs liels detaļu skaits, kas padara dzinēju diezgan masīvu.
Mūsdienu kolektora motoru raksturo resurss, kas ir salīdzināms ar mehānisko pārnesumu un darba korpusu iespējām.
Citi salīdzinājumi
Salīdzinot vienādas jaudas kolektorus un asinhronos motorus, neatkarīgi no pēdējo nominālās frekvences, tiek iegūts atšķirīgs raksturlielums. Tas tiks sīkāk aprakstīts tālāk. Universālais kolektora elektromotors īsteno "mīksto" raksturlielumu. Šajā gadījumā moments ir tieši proporcionāls vārpstas slodzei, savukārt apgriezieni ir apgriezti proporcionāli tam. Nominālais griezes moments parasti ir 3-5 reizes mazāks par maksimālo. Tukšgaitas ātruma ierobežojumam raksturīgi tikai zudumi dzinējā, savukārt, ieslēdzot jaudīgu agregātu bez slodzes, tas var sabrukt.
Asinhronā motora īpašība ir "ventilators", tas ir, iekārta uztur ātrumu tuvu nominālajam, palielinot griezes momentu pēc iespējas straujāk ar nelielu ātruma samazināšanos. Ja mēs runājam par būtiskām izmaiņām šajā rādītājā, tad dzinēja griezes moments ne tikai nepalielinās, bet arī samazināslīdz nullei, kas noved pie pilnīgas apstāšanās. Tukšgaitas ātrums ir nedaudz lielāks par nominālo, vienlaikus paliekot nemainīgs. Vienfāzes asinhronā motora īpašība ir papildu problēmu kopums, kas saistīts ar palaišanu, jo normālos apstākļos tas neattīsta palaišanas griezes momentu. Vienfāzes statora magnētiskais lauks, kas pulsē laikā, sadalās divos laukos ar pretējām fāzēm, kas padara neiespējamu iedarbināšanu bez visādiem trikiem:
- kapacitāte, kas rada mākslīgu fāzi;
- sadalīta rieva;
- aktīva pretestība, kas veido mākslīgu fāzi.
Teorētiski pretfāzes rotējošais lauks samazina vienfāzes asinhronās vienības maksimālo efektivitāti līdz 50-60% sakarā ar zudumiem pārsātinātā magnētiskajā sistēmā un tinumos, kas noslogoti ar pretlauka strāvām. Izrādās, ka uz vienas vārpstas ir divas elektriskās mašīnas, no kurām viena darbojas motora režīmā, bet otra opozīcijas režīmā. Izrādās, ka vienfāzes kolektoru elektromotori nezina konkurentus attiecīgajos tīklos. Tas ir pelnījis tik augstu popularitāti.
Elektromotora mehāniskie raksturlielumi nodrošina tam noteiktu izmantošanas apjomu. Mazi ātrumi, ko ierobežo maiņstrāvas tīkla frekvence, padara līdzīgas jaudas asinhronās vienības lielus pēc svara un izmēra, salīdzinot ar universālajiem kolektoriem. Tomēr, ja tas ir iekļauts invertora barošanas ķēdē ar augstu frekvenci, var sasniegt salīdzināmus izmērus un svaru. Mehāniskā raksturlieluma stingrība saglabājasmotors, kam pieskaita strāvas pārveidošanas zudumus, kā arī frekvences pieaugumu, palielinās magnētiskie un induktīvie zudumi.
Analogi bez kolektora bloka
Maiņstrāvas kolektora motoram ir analogs, kas pēc mehāniskajiem raksturlielumiem ir tam vistuvākais - vārstu, kur birstes-kolektora komplekts tika aizstāts ar invertoru, kas aprīkots ar rotora stāvokļa sensoru. Kā šīs iekārtas elektroniskais analogs tiek izmantota šāda sistēma: taisngriezis, sinhronais motors ar rotora leņķiskās pozīcijas sensoru, apvienots ar invertoru. Tomēr pastāvīgo magnētu klātbūtne rotorā samazina maksimālo griezes momentu, vienlaikus saglabājot izmērus.
Darbības princips
Kolektora elektromotora ierīce parāda, kā ierīce pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā un otrādi. Tas norāda uz tā spēju izmantot kā ģeneratoru. Ir vērts sīkāk apsvērt kolektora elektromotoru, kura diagramma demonstrēs tā iespējas.
Fizikas likumi skaidri nosaka, ka tad, kad elektriskā strāva tiek izlaista caur vadītāju magnētiskajā laukā, uz to iedarbojas noteikts spēks. Šajā gadījumā darbojas labās rokas noteikums, kas tieši ietekmē elektromotora jaudu. Komutatora motors darbojas tieši pēc šī pamatprincipa.
Fizika mums māca, ka pamatspareizo lietu radīšana ir mazi noteikumi. Tas kalpoja par pamatu magnētiskajā laukā rotējoša rāmja izveidošanai, kas ļāva izveidot kolektora elektromotoru. Diagramma parāda, ka magnētiskajā laukā ir novietots vadu pāris, kura strāva ir vērsta pretējos virzienos, un līdz ar to arī spēki. To summa dod nepieciešamo griezes momentu. Elektromotora ierīce ir daudz sarežģītāka, jo tai ir pievienots viss nepieciešamo elementu komplekss, jo īpaši kolektors, kas nodrošina vienādu strāvas virzienu pāri poliem. Nevienmērīgais gājiens tika novērsts, uzliekot uz armatūras vairāk spoļu, savukārt pastāvīgos magnētus aizstāja ar spolēm, kas likvidēja vajadzību pēc līdzstrāvas. Tas ļāva piešķirt griezes momentam vienu virzienu.
Elektromotora remonts pašrocīgi
Tāpat kā jebkura cita ierīce, šī ierīce var sabojāties jebkura iemesla dēļ. Ja elektromotors, kura fotoattēlu varat redzēt mūsu pārskatā, nevar sasniegt nepieciešamo apgriezienu skaitu vai vārpsta negriežas, kad tas tiek iedarbināts, jums jāpārbauda, vai tā drošinātāji nav izdeguši, vai nav plīsumi. armatūras elektriskā ķēde, ja pati ierīce ir pārslogota. Ļoti bieži pārslodze izraisa neparastu strāvas patēriņu. Lai novērstu šo darbības traucējumu, ir rūpīgi jāpārbauda mehāniskā transmisija un bremzes un pēc tam jānovērš pārslodzes cēloņi.
Elektromotora konstrukcija ir tāda, ka, iedarbinot, tas patērēnoteiktu strāvas daudzumu. Ja tas ir lielāks par nominālvērtību, ir jāpārbauda paralēlo un virknes tinumu savienojuma konsekvence attiecībā pret otru, kā arī attiecībā pret reostatu. Veicot paštaisītu elektromotora remontu, visbiežāk tiek pieļautas diezgan specifiskas kļūdas. Jo īpaši šunta tinumu var savienot virknē ar reostata elektrisko pretestību vai savienot ar vienu elektrotīkla polu.
Darba ierosmes tinuma savienojuma konsekvences pārbaude tiek veikta, savienojot vienu no šunta tinuma galiem ar enkura galu, bet otru - ar elektrības vadītāju, kas nāk no reostata loka. Parasti šī elektriskā vadītāja šķērsgriezums ir nedaudz mazāks nekā citiem, tāpēc to var noteikt bez meggera. Pēc strāvas slēdža ieslēgšanas un reostata slīdņa pārslēgšanas uz vidējo stāvokli, brīvajiem galiem tiek piegādāta strāva. Ar kontrollampas palīdzību tiek veikta visu vadošo galu secīga pārbaude. Pieskaroties vienam no tiem, lampiņai vajadzētu iedegties, bet ne ar otru. Šādi tiek pārbaudīts viss motors. Veiktā darba cena būs atkarīga no vienības bojājuma veida.
Ja ierīces darbības laikā ir vairāki apgriezieni, kas ir mazāki par nominālo, tad galvenie iemesli tam parasti ir šādi: zems tīkla spriegums, ierīces pārslodze, liela aizraujoša strāva. Ja tiek konstatēta pretēja rakstura nedarbošanās, ir jāpārbauda ierosmes ķēde, jānovērš visi konstatētie defekti, pēc kuriemvarat iestatīt ierosmes strāvas normālo vērtību. Dažos gadījumos var būt nepieciešams pārtīt motorus.
Ja bloka nedarbošanās iemesls ir kļūdaina paralēlā un virknes lauka tinumu savienošana pārī, ir jāatjauno pareizā savienojuma secība. Ja šādu problēmu nav iespējams novērst vienkāršā veidā, var būt nepieciešams pārtīt elektromotorus. Tāpat ir jāpārbauda sprieguma lielums elektrotīklā, jo, palielinoties tā nominālvērtībai, var palielināties ierīces apgriezieni.
