A kollektoros villanymotor olyan elektromos gép , amelyben a forgórész helyzetérzékelője és a tekercsekben lévő áramkapcsoló ugyanaz az eszköz - egy kefe-kollektor szerelvény .
Az ilyen típusú legkisebb motorok ( Watt -egységek ) a következőket tartalmazzák:
Főleg gyerekjátékokban, lejátszókban, hajszárítókban, elektromos borotvákban, vezeték nélküli csavarhúzókban stb. (üzemi feszültség 3-9 volt).
A nagyobb teljesítményű motorok (tíz wattos) általában rendelkeznek:
Ez a kialakítás a legtöbb elektromos motor a modern autókban (üzemi feszültség 12 vagy 24 volt): ventilátorok hűtő-, fűtő- és szellőzőrendszerekhez, ablaktörlők, mosószivattyúk, kiegészítő fűtőszivattyúk, valamint kompresszorok gumiabroncsok felfújásához és autóvákuumhoz tisztítószerek .
A több száz watt teljesítményű motorok, az előzőektől eltérően, négypólusú elektromágneses állórészt tartalmaznak . Az elektromos motorok tulajdonságai nagyrészt abból adódnak, ahogyan az állórész tekercseit az armatúrához képest csatlakoztatni lehet:
Ebben a villanymotorban az armatúra tekercs a fő egyenáramforráshoz (DC hálózat, generátor vagy egyenirányító), a gerjesztő tekercs pedig a segédforráshoz csatlakozik. A gerjesztő tekercskörben egy beállító reosztát, az armatúra tekercskörben pedig egy indító reosztát található. Az állító reosztát a motor armatúra fordulatszámának szabályozására szolgál, az indító reosztát pedig az armatúra tekercsben lévő áram korlátozására szolgál indításkor. A villanymotor jellegzetessége, hogy gerjesztési árama nem függ az armatúra tekercsben lévő áramtól (terhelési áram). Ezért megközelítőleg feltételezhetjük, hogy a motor mágneses fluxusa nem függ a terheléstől. A nyomaték és a fordulatszám áramtól való függése lineáris lesz: a nyomaték egyenesen arányos a terhelési árammal, és a fordulatszám növekedésével lineárisan csökken. A gerjesztő tekercs áramkörébe nincs beszerelve kapcsoló és biztosíték, mivel ha ez az áramkör megszakad, az elektromos motor mágneses fluxusa élesen csökken, és vészhelyzet lép fel. Ha az elektromos motor alapjáraton vagy kis terhelés mellett működik a tengelyen, akkor a fordulatszám meredeken növekszik (a motor túlhajtásba megy). Ebben az esetben az armatúra tekercsben lévő áram erősen megnő, és körkörös tűz keletkezhet. Ennek elkerülése érdekében a védelemnek le kell választania a motort az áramforrásról. A forgási sebesség éles növekedése, amikor a gerjesztőtekercs áramkör megszakad, azzal magyarázható, hogy ebben az esetben a mágneses fluxus, pl. d.s., és az áram növekszik. És mivel az alkalmazott feszültség változatlan marad, a forgási sebesség e-ig nő. d.s. nem éri el a tápfeszültséggel megközelítőleg megegyező értéket, amely az armatúra elektromos áramkörének egyensúlyi állapotához szükséges. Ha a tengely terhelése közel van a névlegeshez, a villanymotor leáll, ha a gerjesztő áramkör megszakad, mivel az elektromágneses nyomaték, amelyet a motor a mágneses fluxus jelentős csökkenésével tud kialakítani, csökken és kisebb lesz, mint a terhelési nyomaték a tengelyen. Ebben az esetben az áramerősség is erősen megnő, a tekercs túlmelegedés miatt meghibásodhat.
Itt a gerjesztő és az armatúra tekercseket ugyanaz az elektromos energiaforrás táplálja feszültséggel. A gerjesztő tekercskörben egy beállító reosztát, az armatúra tekercskörben pedig egy indító reosztát található. A szóban forgó villanymotorban az armatúra és a gerjesztőtekercs áramköreinek lényegében külön betáplálása van, aminek következtében a gerjesztőáram nem függ az armatúra tekercs áramától. Ezért egy párhuzamos gerjesztésű motornak ugyanazok a jellemzői lesznek, mint a független gerjesztésű motoroknak. A párhuzamos gerjesztésű motor azonban csak akkor működik megfelelően, ha állandó feszültségű egyenáramú forrás táplálja.
A gerjesztő tekercs sorba van kötve az armatúrával. Az indításkori áram korlátozására az armatúra tekercskörébe indító reosztát, a fordulatszám szabályozására pedig a terepi tekercseléssel párhuzamosan egy beállító reosztát kapcsolható. Ennek a villanymotornak az a jellemzője, hogy gerjesztési árama egyenlő vagy arányos (ha a reosztát be van kapcsolva) az armatúra tekercsáramával, ezért a mágneses fluxus a motor terhelésétől függ. Ha az armatúra tekercsáram kisebb, mint a névleges áram 0,8-0,9-e, akkor a gép mágneses rendszere nem telített, és feltételezhetjük, hogy a mágneses fluxus az árammal egyenes arányban változik. Ezért az elektromos motor sebessége lágy lesz - az áram növekedésével a forgási sebesség meredeken csökken. A forgási sebesség csökkenése az armatúra tekercskör belső ellenállásában bekövetkező feszültségesés növekedésének, valamint a mágneses fluxus növekedésének köszönhető. Az elektromágneses momentum az áram növekedésével meredeken növekszik, mivel ebben az esetben a mágneses fluxus is növekszik, ezért 0,8-0,9 névlegesnél kisebb áramerősségnél a sebességkarakterisztika hiperbola alakú, a nyomatékkarakterisztika pedig parabola formája.
Ha az áram nagyobb, mint a névleges áram, akkor a nyomaték és a forgási sebesség függése az áramtól lineáris, mivel ebben az üzemmódban a mágneses áramkör telített lesz, és a mágneses fluxus nem változik az áram változásával.
A vizsgált motor mechanikai jellemzői lágyak és hiperbolikus jellegűek. Alacsony terhelésnél a mágneses fluxus nagymértékben csökken, a fordulatszám meredeken növekszik, és meghaladhatja a maximálisan megengedett értéket (a motor túlhajtásba megy). Ezért az ilyen motorok nem használhatók alapjárati üzemmódban és alacsony terhelésen működő mechanizmusok (különféle szerszámgépek, szállítószalagok stb.) meghajtására.
Általában a nagy és közepes teljesítményű motorok minimális megengedett terhelése 0,2 .... 0,25 névleges. A motor terhelés nélküli működésének megakadályozása érdekében mereven csatlakozik a hajtóműhöz (fogaskerék vagy vakkuplung), szíjhajtás vagy dörzskuplung használata elfogadhatatlan, mert ha az ékszíj elszakad, a motor meghibásodhat.
E hátrány ellenére a soros gerjesztésű motorokat széles körben alkalmazzák, különösen ott, ahol nagy a terhelési nyomaték változása és nehéz indítási körülmények: minden vontatási hajtásban (villamos mozdonyok, dízelmozdonyok, elektromos vonatok, elektromos autók, elektromos targoncák stb.), valamint teheremelő szerkezetek (daruk, felvonók stb.) hajtásaiban.
Ez azzal magyarázható, hogy lágy karakterisztikánál a terhelési nyomaték növekedése kisebb áram- és teljesítménynövekedéshez vezet, mint a független és párhuzamos gerjesztésű motorok esetében, ezért a soros gerjesztésű motorok jobban tolerálják a túlterhelést. Ezenkívül ezek a motorok nagyobb indítónyomatékkal rendelkeznek, mint a párhuzamos és független gerjesztésű motorok, mivel az armatúra tekercselési áramának növekedésével az indításkor a mágneses fluxus is ennek megfelelően növekszik.
Ebben az elektromos motorban a mágneses fluxus két gerjesztő tekercs - párhuzamos (vagy független) és soros - együttes hatásának eredményeként jön létre.
A vegyes gerjesztésű motorok mechanikai jellemzői a párhuzamos és soros gerjesztésű motorok jellemzői közé tartoznak. A vegyes gerjesztésű egyenáramú motor előnye, hogy lágy mechanikai karakterisztikájával alapjáraton is tud működni. Ebben az üzemmódban az armatúrájának forgási frekvenciáját a párhuzamos tekercs mágneses fluxusa határozza meg, és korlátozott értékű (a motor nem jár) [1] .
A kollektoros egyenáramú motorok általános előnyei a könnyű gyártás, kezelés és javítás, valamint a meglehetősen hosszú erőforrás.
A hátrányok közé tartozik az a tény, hogy az ilyen motorok hatékony kialakítása (nagy hatásfokkal és kis tömeggel) alacsony nyomatékú és nagy sebességű (percenként több száz és ezer fordulat), ezért a legtöbb hajtásnál (kivéve a ventilátorokat és a szivattyúkat) sebességváltókra van szükség. Ez az állítás nem teljesen igaz, de indokolt. Az alacsony fordulatszámra épített elektromos gépek általában alacsony hatásfokkal és hűtési problémákkal járnak. Valószínűleg olyan a probléma, hogy nincsenek rá elegáns megoldások.
Az univerzális kollektoros elektromos motor (UKD) egy olyan egyenáramú kollektoros gép , amely egyen- és váltakozó árammal is működhet [2] . Kis méretének, könnyű súlyának, könnyű sebességszabályozásának és viszonylag alacsony árának köszönhetően széles körben elterjedt a kézi elektromos kéziszerszámokban és bizonyos típusú háztartási készülékekben . Európa és az USA vasutain széles körben használták vontatómotorként.
Tervezési jellemzőkSzigorúan véve az univerzális kommutátormotor egy egyenáramú kommutátormotor sorosan kapcsolt mezőtekercsekkel (állórész), amely háztartási elektromos hálózat váltakozó áramára optimalizált. Az ilyen típusú motorok a rákapcsolt feszültség polaritásától függetlenül egy irányba forognak, mivel az állórész és a forgórész tekercseinek soros kapcsolása miatt mágneses tereik pólusainak változása egyidejűleg történik, és az így létrejövő nyomaték irányadó marad. egy irányban. Valójában ott van egy kis fáziseltolódás, ami ellentétes nyomaték megjelenését okozza, de kicsi, a tekercsek kiegyenlítése nem csak a kapcsolási feltételeket javítja, hanem csökkenti is ezt a momentumot. (M. P. Kostenko, "Elektromos gépek"). A vasutak igényeire speciális kisfrekvenciás váltóáramú alállomásokat építettek - Európában 16 Hz, míg az USA-ban a 25 Hz-es frekvencia volt az egyik szabvány (a 60 Hz mellett) egészen a XX. század. Az 1950-es években egy német-francia elektromos gépgyártó konzorciumnak sikerült egyfázisú, ipari frekvenciájú (50 Hz) vontatógépet építenie. M. P. Kostenko "Electric Machines" szerint egy 50 Hz-es egyfázisú kollektoros elektromos mozdonyt teszteltek a Szovjetunióban, ahol lelkes negatív értékelést kapott a szakemberektől. .
A váltakozó árammal való munkavégzéshez mágnesesen lágy anyagból készült állórészt használnak kis hiszterézissel (újramágnesezési ellenállással). Az örvényáram-veszteségek csökkentése érdekében az állórész szigetelt lemezekből készül. Az AC kollektorgépek (KMPT) egy részhalmaza a "pulzálóáramú" gépek, amelyeket egy egyfázisú áramkör áramának egyenirányításával nyernek simító hullámosságok nélkül ( vasút ).
Az ilyen motorok váltakozó árammal (és nem azonos feszültségű egyenárammal) való működésének jellemzője (a legtöbb esetben előnye), hogy alacsony fordulatszámú üzemmódban (indítás és túlterhelés) az induktív ellenállás Az állórész tekercselése korlátozza a fogyasztott áramot és ennek megfelelően a motor maximális nyomatékát (becsült) a névleges érték 3-5-ig (az 5-10-hez képest, ha ugyanazt a motort egyenáram táplálja). Az általános célú motorok mechanikai jellemzőinek közelítésére az állórész tekercseinek szakaszolása használható - külön következtetések (és az állórész tekercsének kisebb fordulatszáma) a váltakozó áram csatlakoztatásához.
Nehéz probléma egy nagy teljesítményű váltóáram-gyűjtő gép átkapcsolásának kérdése. Az átkapcsolás (a semleges szakaszon való áthaladás) pillanatában az armatúra (rotor) szakaszhoz kapcsolt mágneses tér az ellenkező irányba változtatja irányát, ami az ún. reaktív EMF szakaszán generál. Ez a helyzet az egyenárammal. A CMPT-ben reaktív EMF is történik. De mivel az armatúra (rotor) az állórész mágneses mezőjében van, és az időben pulzál, egy transzformátor EMF járul hozzá a kapcsolt szakaszhoz. Az amplitúdója a gép indításának pillanatában lesz maximális, a szinkronsebességhez közeledve arányosan csökken (a szinkronponton nullára fordul), majd a gép gyorsulásával arányosan ismét nő. A CMPT kapcsolási probléma a következőképpen oldható meg:
Az UKD megfordítása a polaritás megváltoztatásával történik, csak az állórész vagy csak a forgórész tekercseinek bekapcsolásával.
Előnyök és hátrányokAz összehasonlítást a háztartási egyfázisú elektromos hálózathoz való csatlakozás esetén adjuk meg 220 V 50 Hz. és ugyanaz a motorteljesítmény. A motorok mechanikai jellemzőinek különbsége ("lágyság-keménység", maximális nyomaték) a hajtással szemben támasztott követelményektől függően előny és hátrány is lehet.
Összehasonlítás egy szálcsiszolt egyenáramú motorralElőnyök:
Hibák:
Előnyök:
Hibák:
Meg kell jegyezni, hogy a modern háztartási készülékekben az elektromos motor (kefe-kollektor szerelvény) erőforrása összehasonlítható a munkatestek és a mechanikus fogaskerekek erőforrásaival.
Az azonos teljesítményű (UKD és aszinkron) motorok, függetlenül az aszinkron motor névleges frekvenciájától , eltérő mechanikai jellemzőkkel rendelkeznek :
Az ellenfázisban forgó mező elméletileg 50-60%-ra csökkenti az egyfázisú aszinkron motor maximális hatásfokát a túltelített mágneses rendszer veszteségei és a tekercsek aktív veszteségei miatt, amelyek „ellentétes mező” áramokkal vannak terhelve. Valójában két elektromos gép „ül” ugyanazon a tengelyen, amelyek közül az egyik motoros, a másik pedig oppozíciós üzemmódban működik.
A mechanikai jellemzők elsősorban az ilyen típusú motorok (különböző) alkalmazási területeit határozzák meg.
Az AC hálózat frekvenciája által korlátozott sebesség miatt az azonos teljesítményű aszinkron motorok tömege és méretei lényegesen nagyobbak, mint az UKD. Ha egy aszinkron motort nagyfrekvenciás átalakító ( inverter ) hajt meg, akkor a két gép tömege és méretei összehasonlíthatóvá válnak. Ugyanakkor a mechanikai jellemzők merevsége megmarad, az áramátalakítási veszteségek hozzáadódnak, és a frekvencia növekedése következtében az induktív és mágneses veszteségek nőnek (az összhatásfok csökken).
A kefe nélküli csomópont analógjaiAz UKD legközelebbi analógja a mechanikai jellemzők tekintetében egy kefe nélküli villanymotor ( egy kefe nélküli villanymotor , amelyben a rotorhelyzet- érzékelővel ( RPS ) rendelkező inverter a kefe-kollektor szerelvény elektronikus analógja .
Az univerzális kollektormotor elektronikus analógja egy rendszer: egy egyenirányító (híd), egy szinkron villanymotor forgórész szöghelyzet- érzékelővel (szögérzékelő ) és egy inverter (más szóval egy szelepmotor egyenirányítóval).
A forgórészben állandó mágnesek használata miatt azonban az azonos méretű kefe nélküli motor maximális nyomatéka kisebb lesz.
| Motorok | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor | |||||||||||||||||