En kollektorelektrisk motor er en elektrisk maskine , hvor rotorpositionssensoren og strømafbryderen i viklingerne er den samme enhed - en børsteopsamlersamling .
De mindste motorer af denne type ( Watt -enheder ) indeholder i sagen:
De bruges hovedsageligt i legetøj til børn, afspillere, hårtørrere, elektriske barbermaskiner, trådløse skruetrækkere osv. (driftsspænding 3-9 volt).
Kraftigere motorer (tiere af watt) har normalt:
Det er dette design, som de fleste elektriske motorer i moderne biler (driftsspænding 12 eller 24 volt ): drivblæsere til køle-, varme- og ventilationssystemer, vinduesviskere, sprinklerpumper, ekstra varmepumper, samt i kompressorer til dækpumpe og bilvakuum rengøringsmidler .
Motorer med en effekt på hundredvis af watt, i modsætning til de foregående, indeholder en fire-polet stator af elektromagneter . Egenskaberne ved elektriske motorer skyldes i høj grad den måde, hvorpå statorviklingerne kan forbindes i forhold til ankeret:
I denne elektriske motor er ankerviklingen forbundet med DC-hovedkilden (DC-netværk, generator eller ensretter), og excitationsviklingen er forbundet med hjælpekilden. En justeringsreostat er inkluderet i magnetiseringsviklingskredsløbet, og en startreostat er inkluderet i ankerviklingskredsløbet. Justeringsreostaten bruges til at regulere hastigheden af motorankeret, og startreostaten bruges til at begrænse strømmen i ankerviklingen under opstart. Et karakteristisk træk ved den elektriske motor er, at dens excitationsstrøm ikke afhænger af strømmen i armaturviklingen (belastningsstrøm). Derfor kan vi omtrent antage, at motorens magnetiske flux ikke afhænger af belastningen. Afhængighederne af drejningsmoment og hastighed af strømmen vil være lineær: drejningsmomentet er direkte proportionalt med belastningsstrømmen og falder lineært med stigende hastighed. Ingen kontakter og sikringer er installeret i excitationsviklingskredsløbet, da når dette kredsløb går i stykker, falder den magnetiske flux af den elektriske motor kraftigt, og der opstår en nødtilstand. Hvis elmotoren kører i tomgang eller med en lille belastning på akslen, øges omdrejningstallet kraftigt (motoren går i overgear). I dette tilfælde øges strømmen i armaturviklingen meget, og der kan opstå en allround brand. For at undgå dette skal beskyttelsen afbryde motoren fra strømkilden. En kraftig stigning i omdrejningshastigheden, når excitationsviklingskredsløbet er brudt, forklares ved, at i dette tilfælde den magnetiske flux, f.eks. d.s., og strømmen stiger. Og da den påførte spænding forbliver uændret, vil rotationshastigheden stige indtil f.eks. d.s. vil ikke nå en værdi, der tilnærmelsesvis svarer til forsyningsspændingen, som er nødvendig for ligevægtstilstanden af det elektriske ankerkredsløb. Når belastningen på akslen er tæt på den nominelle, vil elmotoren stoppe, hvis magnetiseringskredsløbet brydes, da det elektromagnetiske drejningsmoment, som motoren kan udvikle med et signifikant fald i den magnetiske flux, falder og bliver mindre end belastningsmomentet på skaftet. I dette tilfælde stiger strømmen også kraftigt, viklingen kan svigte på grund af overophedning.
Her er excitations- og ankerviklingerne drevet af den samme kilde til elektrisk energi med spænding. En justeringsreostat er inkluderet i magnetiseringsviklingskredsløbet, og en startreostat er inkluderet i ankerviklingskredsløbet. I den betragtede elektriske motor er der i det væsentlige en separat forsyning af anker- og magnetiseringsviklingskredsløbene, som et resultat af hvilken excitationsstrømmen ikke afhænger af ankerviklingsstrømmen. Derfor vil en parallel-exciteret motor have de samme egenskaber som en uafhængigt exciteret motor. En parallel-exciteret motor fungerer dog kun korrekt, når den drives af en jævnspændingskilde med konstant spænding.
Excitationsviklingen er forbundet i serie med armaturet. For at begrænse strømmen ved opstart kan en startreostat inkluderes i ankerviklingskredsløbet, og en justeringsreostat kan tilsluttes parallelt med feltviklingen for at styre hastigheden. Et karakteristisk træk ved denne elektriske motor er, at dens excitationsstrøm er lig med eller proportional (når rheostaten er tændt) med ankerviklingsstrømmen, derfor afhænger den magnetiske flux af motorbelastningen. Når ankerviklingsstrømmen er mindre end 0,8-0,9 af mærkestrømmen, er maskinens magnetiske system ikke mættet, og vi kan antage, at den magnetiske flux ændres i direkte forhold til strømmen. Derfor vil hastighedskarakteristikken for den elektriske motor være blød - med en stigning i strømmen vil rotationshastigheden falde kraftigt. Faldet i omdrejningshastigheden skyldes en stigning i spændingsfaldet i den interne modstand af ankerviklingskredsløbet, såvel som på grund af en stigning i den magnetiske flux. Det elektromagnetiske moment vil stige kraftigt med en stigning i strømmen, da den magnetiske flux i dette tilfælde også stiger, derfor har hastighedskarakteristikken form af en hyperbel ved en strøm mindre end 0,8-0,9 nominel, og momentkarakteristikken har form af en parabel.
Hvis strømmen er større end den nominelle strøm, er afhængigheden af drejningsmomentet og rotationshastigheden af strømmen lineær, da det magnetiske kredsløb i denne tilstand vil være mættet, og den magnetiske flux vil ikke ændre sig, når strømmen ændres.
Den mekaniske egenskab ved den betragtede motor er blød og har en hyperbolsk karakter. Ved lave belastninger falder den magnetiske flux meget, omdrejningshastigheden øges kraftigt og kan overstige den maksimalt tilladte værdi (motoren går i overgear). Derfor kan sådanne motorer ikke bruges til at drive mekanismer, der fungerer i tomgang og ved lav belastning (forskellige værktøjsmaskiner, transportører osv.).
Typisk er den mindste tilladte belastning for store og mellemstore motorer 0,2 .... 0,25 nominelt. For at forhindre, at motoren kører uden belastning, er den stift forbundet med drivmekanismen (gear eller blindkobling), brugen af et remtræk eller friktionskobling er uacceptabelt, for hvis remmen går i stykker, kan motoren svigte.
På trods af denne ulempe er seriespændte motorer meget brugt, især hvor der er store ændringer i belastningsmoment og vanskelige startforhold: i alle trækkraftdrev (elektriske lokomotiver, diesellokomotiver, elektriske tog, elektriske biler, elektriske gaffeltrucks osv.). samt i drev af lastløftemekanismer (kraner, elevatorer osv.).
Dette forklares ved, at med en blød karakteristik fører en stigning i belastningsmomentet til en mindre stigning i strøm- og effektforbrug end for motorer med uafhængig og parallel excitation, derfor tolererer motorer med seriemagnetisering bedre overbelastninger. Derudover har disse motorer et større startmoment end motorer med parallel og uafhængig excitation, da med en stigning i ankerviklingsstrømmen ved opstart øges den magnetiske flux tilsvarende.
I denne elektriske motor skabes den magnetiske flux som et resultat af den kombinerede virkning af to excitationsviklinger - parallel (eller uafhængig) og serie.
Den mekaniske karakteristik af en blandet magnetiseringsmotor ligger mellem egenskaberne for parallel- og serieaktiverede motorer. Fordelen ved en DC-motor med blandet excitation er, at den med en blød mekanisk karakteristik kan køre i tomgang. I denne tilstand bestemmes rotationsfrekvensen af dens anker af den magnetiske flux af parallelviklingen og har en begrænset værdi (motoren kører ikke) [1] .
De generelle fordele ved solfanger-DC-motorer er let fremstilling, betjening og reparation og en ret lang ressource.
Ulemperne omfatter det faktum, at effektive designs (med høj effektivitet og lav vægt) af sådanne motorer er lavt drejningsmoment og høj hastighed (hundrede og tusinder af omdrejninger i minuttet), og derfor for de fleste drev (undtagen ventilatorer og pumper), der er brug for gearkasser. Dette udsagn er ikke helt sandt, men berettiget. En elektrisk maskine bygget til lav hastighed har generelt lav effektivitet og tilhørende køleproblemer. Sandsynligvis er problemet sådan, at der ikke er nogen elegante løsninger på det.
Universal collector electric motor (UKD) er en type DC - kollektormaskine , der kan fungere på både jævn- og vekselstrøm [2] . Det er blevet udbredt i håndværktøj og i nogle typer husholdningsapparater på grund af dens lille størrelse, lette vægt, lette hastighedskontrol og relativt lave pris. Den blev meget brugt på jernbanerne i Europa og USA som trækmotor.
DesignfunktionerStrengt taget er en universal kommutatormotor en DC-kommutatormotor med feltviklinger (stator) forbundet i serie, optimeret til drift på vekselstrøm i et husholdningselektrisk netværk. Denne type motor, uanset polariteten af den påførte spænding, roterer i én retning, da på grund af serieforbindelsen af stator- og rotorviklingerne sker ændringen af polerne af deres magnetiske felter samtidigt, og det resulterende moment forbliver rettet i en retning. Faktisk er der et lille faseskift der, hvilket forårsager udseendet af et modsat moment, men det er lille, balancering af viklingerne forbedrer ikke kun koblingsforholdene, men reducerer også dette øjeblik. (M. P. Kostenko, "Elektriske maskiner"). Til jernbanernes behov blev der bygget specielle lavfrekvente vekselstrømsstationer - 16 Hz i Europa, mens frekvensen på 25 Hz i USA var en af standardfrekvenserne (sammen med 60 Hz) indtil 50'erne af XX. århundrede. I 1950'erne lykkedes det et tysk-fransk konsortium af producenter af elektriske maskiner at bygge en enfaset trækmaskine med industriel frekvens (50 Hz). Ifølge M.P. Kostenko "Electric Machines" blev et elektrisk lokomotiv med enfasede samlemaskiner ved 50 Hz testet i USSR, hvor det modtog en entusiastisk negativ vurdering af specialister. .
For at kunne arbejde på vekselstrøm anvendes en stator af et magnetisk blødt materiale med en lille hysterese (modstand mod remagnetisering). For at reducere hvirvelstrømstab er statoren lavet af isolerede plader. En delmængde af AC-kollektormaskiner (KMPT) er "pulserende strøm"-maskiner opnået ved at ensrette strømmen i et enkeltfaset kredsløb uden at udjævne bølger ( jernbane ).
En funktion (i de fleste tilfælde en fordel) ved driften af en sådan motor på vekselstrøm (og ikke på jævnstrøm med samme spænding) er, at den induktive modstand i lavhastighedstilstanden (opstart og overbelastning) af statorviklingerne begrænser den forbrugte strøm og følgelig det maksimale motormoment (estimeret) op til 3-5 af det nominelle (mod 5-10, når den samme motor drives af jævnstrøm). For at tilnærme de mekaniske egenskaber af motorer til generelle formål kan sektionering af statorviklingerne anvendes - separate konklusioner (og et mindre antal omdrejninger af statorviklingen) til tilslutning af vekselstrøm.
Et vanskeligt problem er spørgsmålet om at skifte en kraftig vekselstrømsopsamlermaskine. I omskiftningsøjeblikket (passage af den neutrale sektion) ændrer magnetfeltet, der er koblet til anker- (rotor)-sektionen, sin retning til den modsatte, hvilket forårsager generering i sektionen af den såkaldte reaktive EMF. Dette er tilfældet med jævnstrøm. I CMPT finder også reaktiv EMF sted. Men da ankeret (rotoren) er i statorens magnetfelt, der pulserer i tide, sker der desuden en transformer-EMK i den koblede sektion. Dens amplitude vil være maksimal i det øjeblik, maskinen startes, falde proportionalt, når den nærmer sig synkroniseringshastigheden (ved synkroniseringspunktet vil den dreje til nul) og derefter, når maskinen accelererer, vil den igen stige proportionalt. CMPT-switchproblemet kan løses som følger:
Vendningen af UKD udføres ved at skifte polariteten for at tænde for viklingerne på kun statoren eller kun rotoren.
Fordele og ulemperSammenligningen er givet for tilfælde af tilslutning til et husstands enfaset elektrisk netværk 220 volt 50 Hz. og samme motorkraft. Forskellen i motorernes mekaniske egenskaber ("blødhed-hårdhed", maksimalt drejningsmoment) kan være både en fordel og en ulempe, afhængigt af kravene til drevet.
Sammenligning med en børstet jævnstrømsmotorFordele:
Fejl:
Fordele:
Fejl:
Det skal bemærkes, at i moderne husholdningsapparater er ressourcen til en elektrisk motor (børstesamlerenhed) sammenlignelig med ressourcen fra arbejdslegemer og mekaniske gear.
Motorer (UKD og asynkrone) med samme effekt, uanset den nominelle frekvens for den asynkrone motor , har forskellige mekaniske egenskaber :
Feltet, der roterer i modfase, reducerer teoretisk den maksimale effektivitet af en enfaset asynkronmotor til 50-60% på grund af tab i et overmættet magnetisk system og aktive tab i viklingerne, som er belastet med "modsat felt"-strømme. Faktisk "sidder" to elektriske maskiner på den samme aksel, hvoraf den ene fungerer i motortilstand, og den anden i oppositionstilstand.
Den mekaniske egenskab bestemmer primært de (forskellige) anvendelsesområder for disse motortyper.
På grund af den lave hastighed, begrænset af frekvensen af AC-netværket, har asynkronmotorer med samme effekt væsentligt større vægt og dimensioner end UKD. Hvis en asynkronmotor drives af en omformer ( inverter ) med en høj frekvens, så bliver vægten og dimensionerne af begge maskiner sammenlignelige. Samtidig forbliver stivheden af den mekaniske karakteristik, tab til strømkonvertering tilføjes, og som følge af en stigning i frekvensen øges induktive og magnetiske tab (den samlede effektivitet falder).
Analoger af den børsteløse knudeDen nærmeste analog til UKD med hensyn til mekaniske egenskaber er en børsteløs elektrisk motor ( en børsteløs elektrisk motor , hvor en inverter med en rotorpositionssensor ( RPS ) er en elektronisk analog til børste-opsamlerenheden .
Den elektroniske analog til en universel kollektormotor er et system: en ensretter (bro), en synkron elektrisk motor med en rotorvinkelpositionssensor (vinkelsensor ) og en inverter (med andre ord en ventilmotor med en ensretter).
Men på grund af brugen af permanente magneter i rotoren, vil det maksimale drejningsmoment for en børsteløs motor med samme dimensioner være mindre.
| Motorer | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| se også evighedsmaskine Gearmotor gummi motor | |||||||||||||||||