Co umožňují komutátorové motory?

Univerzální komutátorové motory jsou nízkovýkonové elektromotory sériového buzení s děleným budicím vinutím, díky kterému mohou pracovat na stejnosměrná i střídavá standardní napětí s přibližně stejnými vlastnostmi a charakteristikami. Takové elektromotory se používají k pohonu vysokorychlostních zařízení s nízkým výkonem a mnoha domácích spotřebičů. Umožňují jednoduché, široké a plynulé ovládání rychlosti.

Svou konstrukcí se tyto motory od stejnosměrných motorů pro všeobecné použití liší konstrukcí statoru, jehož magnetický systém je sestaven z tenkých elektroocelových plechů navzájem izolovaných s vyčnívajícími póly, na kterých jsou umístěny dvě sekce budícího vinutí . Tyto sekce jsou zapojeny do série s kotvou a jsou umístěny na obou stranách jejích svorek, což snižuje rádiové rušení z cen na komutátoru pod kartáči, které je při napájení motoru ze sítě střídavého napětí zvláště zesíleno výrazné zhoršení spínacích podmínek.

V závislosti na konstrukci motoru může být budicí vinutí připojeno k kotvě uvnitř stroje nebo může mít nezávislé vnější svorky, což je výhodnější pro změnu směru otáčení kotvy změnou umístění vodičů vhodných pro její svorky nebo ke svorkám budícího vinutí. Kotva univerzálních motorů je řešena stejně jako kotva stejnosměrných strojů a její vinutí je spojeno s deskami komutátoru, ke kterým jsou přitlačovány kartáče.

Tyto motory se spouštějí přímým připojením stejnosměrného nebo střídavého napětí do sítě, které odpovídá jmenovitému napětí uvedenému na jeho typovém štítku.

Otáčky kotvy univerzálního sériově buzeného komutátorového motoru jsou přímo úměrné napětí na jeho svorkách a nepřímo úměrné amplitudě magnetického toku, který závisí na zatížení hřídele motoru.

Mechanické vlastnosti takových elektromotorů se liší podle toho, při jakém napětí (střídavém nebo stejnosměrném) elektromotor pracuje, protože při napájení ze stejnosměrné sítě dochází pouze k poklesu napětí způsobenému odporem vinutí pole a kotvy vůči stejnosměrnému proudu, zatímco při připojení k sítím se střídavým napětím také způsobují značný indukční úbytek napětí na vinutí pole a kotvy. Navíc u střídavého proudu při nízkých otáčkách kotvy dochází k výraznému fázovému posunu mezi napětím a proudem, což prudce snižuje točivý moment na hřídeli motoru.

Pro získání přibližně stejných mechanických vlastností na střídavý a stejnosměrný proud je dělené budicí vinutí motoru zapnuto úplně na stejnosměrný proud a při zapnutí na střídavý proud – částečně, pro které je motor připojen k odpovídající síti se svorkami označené „+“ a „-“ nebo svorky se zápisem „~“.

Při jmenovitých režimech odpovídajících napájení ze sítí stejnosměrného a střídavého napětí jsou jmenovité otáčky kotvy stejné. Při přetížení motoru připojeného k síti střídavého napětí však otáčky kotvy klesají silněji a v nezatíženém stavu se zvyšují rychleji než při provozu ze sítě stejnosměrného napětí.

Při volnoběhu mohou otáčky kotvy překročit jmenovité otáčky 2,5 – 4x i vícekrát a to není přijatelné z důvodu značných odstředivých sil, které mohou kotvu zničit. Z tohoto důvodu je režim volnoběhu přípustný pouze pro motory s nízkým jmenovitým výkonem s relativně velkými mechanickými ztrátami, které omezují otáčky kotvy. Motory se zanedbatelnými mechanickými ztrátami by měly vždy přenášet zatížení minimálně 25 % jmenovitého zatížení.

Rychlost kotvy je řízena změnou napětí na svorkách stroje a také přemostěním budícího vinutí nebo vinutí kotvy odporem. Z těchto způsobů je nejekonomičtější pólová regulace, prováděná paralelním zapojením budícího vinutí regulovatelného odporu.

Hlavní výhodou univerzálních komutátorových motorů ve srovnání s asynchronními a synchronními motory je, že díky sériovému vinutí buzení vyvinou značný počáteční rozběhový moment a umožňují získat otáčky kotvy výrazně vyšší než u synchronních bez použití stupňovité převodovky. .

Vysoká rychlost univerzálních komutátorových motorů omezuje jejich velikost a hmotnost.

Jmenovitá účinnost těchto strojů závisí na jejich jmenovitém výkonu, rychlosti a typu proudu. Tedy u motorů o jmenovitém výkonu 5 až 100 W se pohybuje od 0,25 do 0,55 a u strojů s jmenovitým výkonem do 600 W její hodnota dosahuje 0,70 a vyšší a provoz motorů na střídavý proud je vždy doprovázeno sníženým napětím .p.d., které je způsobeno zvýšenými magnetickými a elektrickými ztrátami. Jmenovitý účiník těchto motorů je 0,70 – 0,90.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Univerzální motor – točivý elektromotor, který může pracovat při napájení stejnosměrným i jednofázovým střídavým proudem [1].

Návrh univerzálního elektromotoru

Konstrukce univerzálního komutátorového elektromotoru se zásadně neliší od konstrukce stejnosměrného komutátorového elektromotoru s budícím vinutím, kromě toho, že celý magnetický systém (stator i rotor) je laminován a budicí vinutí je dělené. Laminované provedení statoru i rotoru je způsobeno tím, že při provozu na střídavý proud do nich pronikají střídavé magnetické toky, což způsobuje značné magnetické ztráty.

Rozdělení budícího vinutí je způsobeno potřebou změnit počet závitů budicího vinutí za účelem přiblížení výkonových charakteristik při provozu elektromotoru ze stejnosměrných a střídavých sítí [2].

Schéma univerzálního komutátorového motoru

Univerzální komutátorový elektromotor lze vyrobit jak se sériovým, tak paralelním a nezávislým buzením.

V současnosti se univerzální komutátorové elektromotory vyrábí pouze se sériovým buzením.

Výsledný elektromagnetický točivý moment, když motor běží na střídavý proud, tedy pulzuje. Pulsace elektromagnetického točivého momentu prakticky nenarušují chod motoru. To je vysvětleno skutečností, že při významné frekvenci pulsace elektromagnetického točivého momentu () a velkém momentu setrvačnosti kotvy se rotace kotvy ukazuje jako rovnoměrná.

Univerzální ovládání motoru

Způsoby připojení univerzálního elektromotoru k napájení:
• přímé připojení k napájení
• připojení přes autotransformátor
• připojení přes regulátor
  • triak
  • tranzistor

  Vlastnosti univerzálního motoru

  Účinnost univerzálního motoru při provozu ze střídavé sítě je nižší než při provozu ze stejnosměrné sítě. Další nevýhodou univerzálního motoru jsou obtížné spínací podmínky, které při zapnutí motoru na střídavou síť způsobují intenzivní jiskření na komutátoru. Tato nevýhoda se vysvětluje přítomností transformátorového spojení mezi vinutím pole a kotvy, což vede k indukci EMF transformátoru ve spínaných sekcích, což zhoršuje proces spínání v motoru.

  Přítomnost sestavy kartáč-komutátor je příčinou řady nevýhod univerzálních komutátorových motorů, zejména při provozu na střídavý proud (jiskření na komutátoru, rádiové rušení, zvýšená hlučnost, nízká spolehlivost). Tyto motory však ve srovnání s asynchronními a synchronními při frekvenci napájecího napětí f = 50 Hz umožňují otáčky až 10 000 ot/min i více (nejvyšší synchronní kmitočet při f = 50 Hz je 3000 ot/min) [3].

  Oblasti použití

  Vzhledem k tomu, že univerzální motor může mít vysokou rychlost otáčení při provozu z jednofázové sítě střídavého proudu bez použití dalších převodních zařízení, je široce používán v domácích spotřebičích, jako jsou vysavače, mixéry, vysoušeče vlasů atd. Univerzální elektromotor je také široce používán v takových nástrojích, jako jsou vrtačky a šroubováky.

  Vzhledem k tomu, že rychlost otáčení univerzálního motoru je snadno regulovatelná změnou napájecího napětí, byl dříve široce používán v pračkách. V dnešní době se díky rozvoji měničové technologie stále více uplatňují bezkomutátorové elektromotory (PMSM, ADKR), jejichž rychlost otáčení je regulována změnou frekvence napájecího napětí.