Un motor de commutador és una màquina elèctrica síncrona en la qual l'interruptor de corrent al bobinatge i el sensor de posició del rotor es fan en forma del mateix dispositiu: un conjunt col·lector de raspalls. Aquest dispositiu té moltes formes.
Varietats
Un motor de commutador de corrent continu sol incloure elements com ara:
- rotor de tres pols sobre coixinets;
- estator d'imant permanent de dos pols;
- plaques de coure com a raspalls del conjunt del commutador.
Aquest conjunt és típic de les solucions de potència més baixa que s'utilitzen habitualment en joguines per a nens on no es requereix una gran potència. Els motors més potents inclouen diversos elements estructurals més:
- quatre raspalls de grafit en forma de conjunt col·lector;
- rotor multipolar en rodaments;
- estator d'imant permanent amb quatre pols.
La majoria de vegades aquest tipus de dispositiu motorS'utilitza en els cotxes moderns per conduir el ventilador del sistema de refrigeració i ventilació, bombes de rentadora, eixugaparabrises i altres elements. També hi ha agregats més complexos.
La potència d'un motor elèctric de diversos centenars de watts implica l'ús d'un estator de quatre pols fet d'electroimants. Per connectar els seus bobinatges, es pot utilitzar un dels diversos mètodes:
- En sèrie amb el rotor. En aquest cas, s'obté un gran parell màxim, però, a causa de l'elevada velocitat de ralentí, el risc de danys al motor és alt.
- En paral·lel amb el rotor. En aquest cas, la velocitat es manté estable en condicions de càrrega canviants, però el parell màxim és notablement menor.
- Excitació mixta, quan una part del bobinatge es connecta en sèrie i una part en paral·lel. En aquest cas, es combinen els avantatges de les opcions anteriors. Aquest tipus s'utilitza per a arrencar cotxes.
: excitació independent, que utilitza una font d'alimentació independent. En aquest cas, s'obtenen les característiques corresponents a la connexió en paral·lel. Aquesta opció s'utilitza poques vegades.
El motor del commutador té certs avantatges: són fàcils de fabricar, reparar, operar i la seva vida útil és força gran. Com a desavantatges, se sol destacar el següent: els dissenys efectius d'aquests dispositius solen ser d' alta velocitat i de parell baix, de manera que la majoria de les unitats requereixen la instal·lació de caixes de canvi. Aquesta afirmació està ben fonamentadaja que una màquina elèctrica orientada a baixa velocitat es caracteritza per una eficiència infravalorada, així com problemes de refrigeració associats a aquesta. Aquests últims són tals que és difícil trobar-los una solució elegant.
Motor de commutador universal
Aquesta variant és una mena de màquina de commutador de CC capaç de funcionar tant amb CC com amb CA. El dispositiu s'ha estès en alguns tipus d'electrodomèstics i eines manuals a causa de la seva petita mida, baix pes, baix cost i facilitat de control de velocitat. Molt sovint es troba com a vehicle de tracció als ferrocarrils dels Estats Units i Europa. Podeu considerar el dispositiu del motor elèctric.
Funcions de disseny
Per a una millor comprensió d'aquest problema, hauríeu de considerar amb més detall el que va formar la base del dispositiu presentat. El tipus de motor de commutador universal és un dispositiu de corrent continu amb bobinatges d'excitació connectats en sèrie, optimitzat per funcionar amb corrent altern d'una xarxa d'alimentació domèstica. El motor gira en una direcció, independentment de la polaritat. Això es deu al fet que la connexió en sèrie dels bobinatges de l'estator i el rotor provoca un canvi simultani en els seus pols magnètics i, per això, el parell resultant es dirigeix en una direcció.
De què està fet?
El motor del commutador de CA implica l'ús de magnèticamentmaterial tou amb baixa histèresi. Per reduir les pèrdues de corrent de Foucault, aquest element està fet de plaques apilades amb aïllament. Com a subconjunt de màquines col·lectores de CA, s'acostuma a destacar les unitats de corrent polsador, que s'obtenen rectificant el corrent d'un circuit monofàsic sense utilitzar el suavització d'ondes.
Un motor de commutador de CA es caracteritza més sovint per la següent característica: en el mode de baixa velocitat, la resistència inductiva dels bobinatges de l'estator no permet que el corrent es consumeixi més de certs límits, mentre que el parell màxim del motor és també limitat a 3-5 del nominal. L'aproximació de les característiques mecàniques s'aconsegueix mitjançant l'ús de la secció dels bobinatges de l'estator: s'utilitzen sortides separades per connectar el corrent altern.
Una tasca força difícil consisteix a canviar una potent màquina col·lectora de corrent altern. En el moment en què la secció passa pel neutre, el camp magnètic, que està enganxat amb el rotor, canvia la seva direcció cap al contrari, i això provoca la generació de CEM reactiu a la secció. Això passa quan funciona amb corrent alterna. A les màquines col·lectores de corrent altern, també es produeix EMF reactiva. Aquí també s'observa l'EMF del transformador, ja que el rotor es troba al camp magnètic de l'estator, que pulsa en el temps. No és possible un arrencada suau del motor del col·lector, ja que en aquest moment l'amplitud de la màquina serà màxima, i a mesura que s'acosta a la velocitat de sincronisme, disminuirà proporcionalment. Com més enllàacceleració, es notarà un nou augment. Per resoldre el problema de commutació en aquest cas, es proposen diversos passos seqüencials:
: s'hauria de preferir la secció d'un sol gir en el disseny per reduir el flux de l'embragatge.
- Cal augmentar la resistència activa de la secció, per la qual cosa els elements més prometedors són les resistències a les plaques del col·lector, on s'observa un bon refredament.
- El commutador s'ha de rectificar activament amb escombretes de màxima duresa amb la major resistència.
- Els EMF reactius es poden compensar mitjançant l'ús de pols addicionals amb bobinatges en sèrie, i els bobinatges paral·lels són aplicables per a la compensació dels EMF del transformador. Com que el valor d'aquest darrer paràmetre és funció de la velocitat angular del rotor i del corrent de magnetització, aquests bobinatges requereixen l'ús de sistemes de control esclaus, que encara no existeixen.
- La freqüència dels circuits d'alimentació ha de ser el més baixa possible. Les opcions més populars són 16 i 25 Hz.
- La inversió de l'UKD es realitza canviant la polaritat dels bobinatges de l'estator o del rotor.
Pros i contres
Per a la comparació s'utilitzen les següents condicions: els dispositius estan connectats a una xarxa elèctrica domèstica amb una tensió de 220 volts i una freqüència de 50 Hz, mentre que la potència del motor és la mateixa. La diferència en les característiques mecàniques dels dispositius pot ser un desavantatge o un avantatgesegons els requisits de la unitat.
Per tant, un motor de commutador de CA: avantatges en comparació amb una unitat de corrent continu:
- La connexió a la xarxa es fa directament i no cal utilitzar components addicionals. En el cas d'una unitat de corrent continu, cal rectificar.
: el corrent d'arrencada és molt menor, cosa que és molt important per als dispositius que s'utilitzen a la vida quotidiana.
- Si hi ha un circuit de control, el seu dispositiu és molt més senzill: un reòstat i un tiristor. Si el component electrònic falla, el motor del col·lector, el preu del qual depèn de la potència i oscil·la entre els 1.400 rubles o més, romandrà en funcionament, però s'encendrà immediatament a plena potència.
També hi ha certs desavantatges:
- A causa de les pèrdues degudes a la inversió de l'estator i la inductància, l'eficiència general es redueix notablement.
- El parell màxim també s'ha reduït.
Els motors elèctrics de col·lectors monofàsics tenen certs avantatges en comparació amb els asíncrons:
- compacitat;
: manca d'enllaç amb la freqüència i la velocitat de la xarxa;
- parell d'arrencada important;
- disminució proporcional i augment de la velocitat en mode automàtic, així com un augment del parell amb l'augment de la càrrega, mentre que la tensió d'alimentació es manté sense canvis;
- el control de velocitat pot ser suau en un rang bastant ampli canviant la tensió d'alimentació.
Inconvenients en comparació amb el motor d'inducció
- quan la càrrega canviï, la velocitat serà inestable;
- el conjunt del col·lector de raspalls fa que el dispositiu no sigui molt fiable (la necessitat d'utilitzar els raspalls més rígids redueix significativament el recurs);
- La commutació de CA provoca una espurna forta al col·lector i es formen interferències de ràdio;
- alt nivell de soroll durant el funcionament;
: el col·lector es caracteritza per un gran nombre de peces, cosa que fa que el motor sigui força massiu.
El motor de commutador modern es caracteritza per tenir un recurs comparable a les capacitats dels engranatges mecànics i els cossos de treball.
Altres comparacions
En comparar motors col·lectors i asíncrons de la mateixa potència, independentment de la freqüència nominal d'aquests últims, s'obté una característica diferent. Això es descriurà amb més detall a continuació. El motor elèctric de col·lector universal implementa una característica "suau". En aquest cas, el moment és directament proporcional a la càrrega sobre l'eix, mentre que les revolucions són inversament proporcionals a aquesta. El parell nominal sol ser inferior al màxim en 3-5 vegades. La limitació de la velocitat en ralentí es caracteritza exclusivament per pèrdues en el motor, mentre que en encendre una unitat potent sense càrrega, pot col·lapsar-se.
La característica d'un motor asíncron és el "ventilador", és a dir, la unitat manté una velocitat propera a la nominal, augmentant el parell el més bruscament possible amb una lleugera disminució de la velocitat. Si estem parlant d'un canvi significatiu en aquest indicador, el parell del motor no només no augmenta, sinó que també disminueix.a zero, el que porta a una parada completa. La velocitat de ralentí és lleugerament superior a la nominal, tot i que es manté constant. Una característica d'un motor d'inducció monofàsic és un conjunt addicional de problemes associats a l'arrencada, ja que no desenvolupa parell d'arrencada en condicions normals. El camp magnètic d'un estator monofàsic, que pulsa en el temps, es divideix en dos camps amb fases oposades, cosa que fa impossible començar sense tota mena de trucs:
- capacitat que crea una fase artificial;
- ranura dividida;
- resistència activa formant una fase artificial.
Teòricament, un camp giratori antifàsic redueix l'eficiència màxima d'una unitat asíncrona monofàsica al 50-60% a causa de les pèrdues en un sistema magnètic sobresaturat i bobinatges carregats amb corrents de contracamp. Resulta que hi ha dues màquines elèctriques al mateix eix, mentre que una funciona en mode motor, i la segona en mode oposició. Resulta que els motors elèctrics de col·lectors monofàsics no coneixen competidors a les xarxes respectives. Això és el que mereixia tanta popularitat.
Les característiques mecàniques del motor elèctric li proporcionen un cert àmbit d'ús. Les baixes velocitats, limitades per la freqüència de la xarxa de CA, fan que les unitats asíncrones de potència similar siguin grans en pes i mida en comparació amb els col·lectors universals. No obstant això, quan s'inclou al circuit d'alimentació de l'inversor amb una alta freqüència, es poden aconseguir dimensions i pes comparables. Es manté la rigidesa de la característica mecànicamotor, al qual s'afegeixen les pèrdues de conversió de corrent, així com un augment de la freqüència, augmenten les pèrdues magnètiques i inductives.
Anàlegs sense muntatge col·lector
Un motor de commutador de CA té un analògic que és el més proper pel que fa a les característiques mecàniques: un de vàlvula, on el conjunt del col·lector de raspalls es va substituir per un inversor equipat amb un sensor de posició del rotor. El sistema següent s'utilitza com a analògic electrònic d'aquesta unitat: un rectificador, un motor síncron amb un sensor de posició angular del rotor, combinat amb un inversor. Tanmateix, la presència d'imants permanents al rotor redueix el parell màxim mantenint les dimensions.
Principi de funcionament
El dispositiu de motor elèctric del col·lector demostra com el dispositiu converteix l'energia elèctrica en energia mecànica i viceversa. Això indica la seva capacitat per ser utilitzat com a generador. Val la pena considerar amb més detall el motor elèctric del col·lector, el diagrama del qual demostrarà les seves capacitats.
Les lleis de la física diuen clarament que quan un corrent elèctric passa per un conductor en un camp magnètic, s'exerceix una força determinada sobre ell. En aquest cas, funciona la regla de la mà dreta, que té un impacte directe en la potència del motor elèctric. El motor del commutador funciona exactament en aquest principi bàsic.
La física ens ensenya que la basecrear les coses correctes són petites regles. Això va servir de base per crear un marc que girava en un camp magnètic, que va permetre crear un motor elèctric de col·lector. El diagrama mostra que un parell de conductors es col·loca en un camp magnètic, el corrent del qual es dirigeix en direccions oposades i, per tant, també les forces. La seva suma dóna el parell requerit. El dispositiu d'un motor elèctric és molt més complicat, ja que s'hi ha afegit tot un complex d'elements necessaris, en particular, un col·lector que proporciona la mateixa direcció de corrent sobre els pols. El recorregut desigual es va eliminar col·locant més bobines a l'induït, mentre que els imants permanents es van substituir per bobines, la qual cosa va eliminar la necessitat de corrent continu. Això va permetre donar al parell una sola direcció.
Reparació de motor elèctric a fer-ho tu mateix
Com qualsevol altre dispositiu, aquesta unitat pot fallar per qualsevol motiu. Si el motor elèctric, la foto de la qual podeu veure a la nostra revisió, no pot guanyar el nombre de revolucions requerit, o l'eix no gira quan s'engega, heu de comprovar si els seus fusibles han cremat, si hi ha trencaments. el circuit elèctric de l'induït, si el propi dispositiu està sobrecarregat. Molt sovint, la sobrecàrrega provoca un consum de corrent anormal. Per eliminar aquest mal funcionament, cal inspeccionar acuradament la transmissió mecànica i el fre, i després eliminar les causes de les sobrecàrregues.
El disseny del motor elèctric és tal que quan arrenca consumeixuna certa quantitat de corrent. Si és superior al valor nominal, s'ha de comprovar la consistència de la connexió dels bobinatges en paral·lel i en sèrie entre si, així com en relació amb el reòstat. Quan es duen a terme reparacions de motors elèctrics per tu mateix, sovint es cometen errors força específics. En particular, el bobinat de derivació es pot connectar en sèrie amb la resistència elèctrica del reòstat o connectar-se a un pol de la xarxa elèctrica.
La comprovació de la consistència de la connexió del bobinatge d'excitació de treball es realitza connectant un dels extrems del bobinatge de derivació amb l'extrem d'ancoratge i el segon amb un conductor elèctric procedent de l'arc del reòstat. En general, la secció transversal d'aquest conductor elèctric és lleugerament més petit que els altres, de manera que es pot detectar sense un megger. Després d'encendre l'interruptor d'alimentació i desplaçar el control lliscant del reòstat a la posició mitjana, es subministra energia als extrems lliures. Mitjançant un llum de control, es realitza una comprovació seqüencial de tots els extrems conductors. Quan toqueu un d'ells, el llum s'ha d'encendre, però no amb l' altre. Així és com es prova tot el motor. El preu de l'obra realitzada dependrà del tipus d'avaria de la unitat.
Si durant el funcionament del dispositiu hi ha un nombre de revolucions inferior al nominal, els motius principals d'això solen ser els següents: baixa tensió de xarxa, sobrecàrrega del dispositiu, gran corrent d'excitació. Si s'observa una inoperabilitat de naturalesa oposada, cal comprovar el circuit d'excitació, eliminar tots els defectes identificats, després del qualpodeu establir el valor normal del corrent d'excitació. En alguns casos pot ser necessari rebobinar els motors.
Quan el motiu de la inoperabilitat de la unitat és l'aparellament erroni dels bobinatges de camp en paral·lel i en sèrie, cal restablir l'ordre de connexió correcte. Si no és possible eliminar aquest problema d'una manera senzilla, pot ser necessari rebobinar els motors elèctrics. També cal comprovar la magnitud de la tensió a la xarxa elèctrica, ja que amb un augment del seu valor nominal, les revolucions del dispositiu poden augmentar.
