یک موتور کموتاتور یک ماشین الکتریکی سنکرون است که در آن سوئیچ جریان در سیم پیچ و سنسور موقعیت روتور به شکل یک دستگاه ساخته می شوند - مجموعه برس-کلکتور. این دستگاه انواع مختلفی دارد.
انواع
موتور کموتاتور DC معمولاً شامل مواردی مانند: است
- روتور سه قطبی روی بلبرینگ های آستین؛
- استاتور آهنربای دائم دو قطبی؛
- صفحات مسی به عنوان برس های مجموعه کموتاتور.
این مجموعه برای محلول‌های کم‌مصرف معمولاً در اسباب‌بازی‌های کودکان استفاده می‌شود، جایی که نیازی به قدرت بالا نیست. موتورهای قدرتمندتر شامل چندین عنصر ساختاری دیگر هستند:
- چهار برس گرافیتی به شکل مجموعه جمع کننده؛
- روتور چند قطبی روی بلبرینگ های غلتشی؛
- استاتور آهنربای دائمی با چهار قطب.
اغلب این نوع دستگاه موتور استدر اتومبیل های مدرن برای راه اندازی فن سیستم خنک کننده و تهویه، پمپ های واشر، برف پاک کن ها و سایر عناصر استفاده می شود. همچنین مصالح پیچیده تری نیز وجود دارد.
قدرت یک موتور الکتریکی چند صد واتی شامل استفاده از یک استاتور چهار قطبی ساخته شده از آهنرباهای الکتریکی است. برای اتصال سیم پیچ های آن می توان از یکی از چندین روش استفاده کرد:
- به صورت سری با روتور. در این حالت، حداکثر گشتاور زیادی به دست می آید، اما به دلیل دور آرام بالا، خطر آسیب به موتور زیاد است.
- به موازات روتور. در این حالت، سرعت در شرایط تغییر بار ثابت می ماند، اما حداکثر گشتاور به طور محسوسی کمتر است.
- تحریک مختلط، زمانی که بخشی از سیم پیچ به صورت سری و بخشی به صورت موازی متصل می شود. در این مورد، مزایای گزینه های قبلی ترکیب می شود. این نوع برای استارت خودرو استفاده می شود.
- تحریک مستقل، که از منبع تغذیه جداگانه استفاده می کند. در این حالت، ویژگی های مربوط به اتصال موازی به دست می آید. این گزینه به ندرت استفاده می شود.
موتور کموتاتور مزایای خاصی دارد: ساخت، تعمیر، کارکرد آسان و عمر مفید آنها بسیار زیاد است. به عنوان معایب، معمولاً موارد زیر برجسته می شود: طرح های مؤثر چنین دستگاه هایی معمولاً با سرعت بالا و گشتاور کم هستند، بنابراین اکثر درایوها نیاز به نصب گیربکس دارند. این ادعا کاملاً مستدل استاز آنجایی که یک ماشین الکتریکی با سرعت کم با راندمان دست کم گرفته شده و همچنین مشکلات خنک کننده مرتبط با آن مشخص می شود. دومی ها به گونه ای هستند که یافتن راه حلی زیبا برای آنها دشوار است.
موتور کموتاتور جهانی
این نوع یک نوع ماشین کموتاتور DC است که می تواند در هر دو DC و AC کار کند. این دستگاه به دلیل ابعاد کوچک، وزن کم، هزینه کم و سهولت در کنترل سرعت در برخی از انواع لوازم خانگی و ابزار دستی رواج یافته است. اغلب به عنوان یک وسیله نقلیه کششی در راه آهن ایالات متحده و اروپا یافت می شود. شما می توانید دستگاه موتور الکتریکی را در نظر بگیرید.
ویژگی های طراحی
برای درک بهتر این موضوع، باید با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید که اساس دستگاه ارائه شده چیست. نوع موتور کموتاتور جهانی یک دستگاه جریان مستقیم با سیم پیچ های تحریک متصل به صورت سری است که برای کار بر روی جریان متناوب شبکه منبع تغذیه خانگی بهینه شده است. موتور بدون توجه به قطبیت در یک جهت می چرخد. این امر به این دلیل است که اتصال سری سیم‌پیچ‌های استاتور و روتور منجر به تغییر همزمان قطب‌های مغناطیسی آنها می‌شود و به همین دلیل گشتاور حاصل در یک جهت هدایت می‌شود.
از چه ساخته شده است؟
موتور کموتاتور AC شامل استفاده از مغناطیسی استمواد نرم با هیسترزیس کم. برای کاهش تلفات جریان گردابی، این عنصر از صفحات انباشته با عایق ساخته شده است. به عنوان زیرمجموعه‌ای از ماشین‌های کلکتور AC، مرسوم است که واحدهای جریان ضربانی را که با اصلاح جریان یک مدار تک فاز بدون استفاده از صاف کردن ریپل به دست می‌آیند، جدا می‌کنند.
موتور کموتاتور AC اغلب با ویژگی زیر مشخص می شود: در حالت کم سرعت، مقاومت القایی سیم پیچ های استاتور اجازه نمی دهد جریان بیش از حد معین مصرف شود، در حالی که حداکثر گشتاور موتور همچنین به 3-5 از اسمی محدود شده است. تقریب خصوصیات مکانیکی از طریق استفاده از برش‌بندی سیم‌پیچ‌های استاتور به دست می‌آید - خروجی‌های جداگانه برای اتصال جریان متناوب استفاده می‌شود.
یک کار نسبتا دشوار شامل سوئیچ کردن یک دستگاه جمع کننده جریان متناوب قدرتمند است. در لحظه ای که مقطع از خنثی عبور می کند، میدان مغناطیسی که با روتور درگیر است، جهت خود را به سمت مخالف تغییر می دهد و این باعث تولید EMF واکنشی در مقطع می شود. وقتی با برق AC کار می کنید این اتفاق می افتد. در ماشین های جمع کننده جریان متناوب، EMF راکتیو نیز اتفاق می افتد. EMF ترانسفورماتور نیز در اینجا ذکر شده است، زیرا روتور در میدان مغناطیسی استاتور قرار دارد که در زمان ضربان دارد. شروع صاف موتور کلکتور امکان پذیر نیست، زیرا در این لحظه دامنه دستگاه حداکثر خواهد بود و با نزدیک شدن به سرعت سنکرونیسم به نسبت کاهش می یابد. همانطور که بیشترشتاب، افزایش جدیدی مشاهده خواهد شد. برای حل مشکل سوئیچینگ در این مورد، چندین مرحله متوالی پیشنهاد شده است:
- برای کاهش جریان کلاچ باید بخش تک چرخشی در طراحی ترجیح داده شود.
- مقاومت فعال بخش باید افزایش یابد که امیدوارکننده ترین عناصر مقاومت در صفحات جمع کننده هستند که در آن خنک کننده خوبی مشاهده می شود.
- کموتاتور باید به طور فعال با برس هایی با حداکثر سختی با بیشترین مقاومت آسیاب شود.
- EMF راکتیو را می توان با استفاده از قطب های اضافی با سیم پیچ های سری جبران کرد و سیم پیچ های موازی برای جبران EMF ترانسفورماتور قابل استفاده هستند. از آنجایی که مقدار پارامتر دوم تابعی از سرعت زاویه‌ای روتور و جریان مغناطیسی است، چنین سیم‌پیچ‌هایی نیاز به استفاده از سیستم‌های کنترل slave دارند که هنوز وجود ندارند.
- فرکانس مدارهای تغذیه باید تا حد امکان کم باشد. محبوب ترین گزینه ها 16 و 25 هرتز هستند.
- معکوس کردن UKD با تغییر قطبیت سیم‌پیچ‌های استاتور یا روتور انجام می‌شود.
مزایا و معایب
برای مقایسه از شرایط زیر استفاده می شود: دستگاه ها به یک شبکه برق خانگی با ولتاژ 220 ولت و فرکانس 50 هرتز متصل می شوند، در حالی که قدرت موتور یکسان است. تفاوت در مشخصات مکانیکی دستگاه ها می تواند یک نقطه ضعف یا یک مزیت باشدبسته به نیاز درایو.
بنابراین، موتور کموتاتور AC: مزایا در مقایسه با واحد DC:
- اتصال به شبکه به طور مستقیم انجام می شود و نیازی به استفاده از اجزای اضافی نیست. در مورد واحد DC، اصلاح مورد نیاز است.
- جریان راه اندازی بسیار کمتر است، که برای دستگاه هایی که در زندگی روزمره استفاده می شوند بسیار مهم است.
- اگر مدار کنترلی وجود داشته باشد، دستگاه آن بسیار ساده تر است - یک رئوستات و یک تریستور. اگر قطعه الکترونیکی از کار بیفتد، موتور کلکتور، که قیمت آن به قدرت بستگی دارد و از 1400 روبل یا بیشتر متغیر است، فعال می ماند، اما بلافاصله با قدرت کامل روشن می شود.
معایب خاصی نیز وجود دارد:
- به دلیل تلفات ناشی از وارونگی استاتور و اندوکتانس، راندمان کلی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
- حداکثر گشتاور نیز کاهش یافته است.
الکتروموتورهای کلکتور تک فاز در مقایسه با موتورهای ناهمزمان مزایای خاصی دارند:
- فشردگی؛
- عدم اتصال به فرکانس و سرعت شبکه؛
- گشتاور شروع قابل توجه؛
- کاهش و افزایش متناسب سرعت در حالت خودکار، و همچنین افزایش گشتاور با افزایش بار، در حالی که ولتاژ منبع تغذیه بدون تغییر باقی می ماند؛
- کنترل سرعت را می توان با تغییر ولتاژ منبع تغذیه در محدوده نسبتاً وسیعی صاف کرد.
معایب نسبت به موتور القایی
- وقتی بار تغییر می کند، سرعت ناپایدار خواهد بود؛
- مجموعه براش جمع‌آور باعث می‌شود دستگاه چندان قابل اعتماد نباشد (نیاز به استفاده از سفت‌ترین برس‌ها به میزان قابل توجهی منبع را کاهش می‌دهد)؛
- سوئیچینگ AC باعث ایجاد جرقه قوی در کلکتور می شود و تداخل رادیویی ایجاد می شود؛
- سطح سر و صدای بالا در حین کار؛
- منیفولد با تعداد زیادی قطعه مشخص می شود که موتور را بسیار حجیم می کند.
موتور کموتاتور مدرن با منبعی قابل مقایسه با قابلیت‌های چرخ دنده‌های مکانیکی و بدنه مشخص می‌شود.
مقایسه های دیگر
هنگام مقایسه کلکتور و موتورهای ناهمزمان با قدرت یکسان، صرف نظر از فرکانس نامی دومی، مشخصه متفاوتی به دست می آید. در زیر با جزئیات بیشتر توضیح داده خواهد شد. موتور الکتریکی کلکتور جهانی یک ویژگی "نرم" را اجرا می کند. در این حالت، ممان با بار روی شفت نسبت مستقیم دارد، در حالی که چرخش ها با آن نسبت معکوس دارند. گشتاور نامی معمولاً 3-5 برابر کمتر از حداکثر است. محدودیت سرعت دور آرام منحصراً با تلفات در موتور مشخص می شود، در حالی که روشن کردن یک واحد قدرتمند بدون بار می تواند فرو بریزد.
ویژگی یک موتور ناهمزمان "فن" است، یعنی واحد سرعتی نزدیک به اسمی را حفظ می کند و با کاهش جزئی سرعت، گشتاور را تا حد امکان به شدت افزایش می دهد. اگر ما در مورد تغییر قابل توجهی در این شاخص صحبت می کنیم، پس گشتاور موتور نه تنها افزایش نمی یابد، بلکه کاهش می یابد.به صفر می رسد که منجر به توقف کامل می شود. سرعت بیکار کمی بالاتر از سرعت اسمی است، در حالی که ثابت می ماند. یکی از ویژگی های یک موتور القایی تک فاز مجموعه ای از مشکلات اضافی مرتبط با راه اندازی است، زیرا در شرایط عادی گشتاور راه اندازی ایجاد نمی کند. میدان مغناطیسی یک استاتور تک فاز که در زمان ضربان دارد، به دو میدان با فازهای متضاد تقسیم می‌شود، که شروع را بدون انواع ترفندها غیرممکن می‌کند:
- ظرفیتی که یک فاز مصنوعی ایجاد می کند؛
- شیار شکاف؛
- مقاومت فعال تشکیل فاز مصنوعی.
از لحاظ تئوری، یک میدان دوار ضد فاز، حداکثر بازده واحد ناهمزمان تک فاز را به دلیل تلفات در یک سیستم مغناطیسی فوق اشباع و سیم پیچ های بارگذاری شده با جریان های میدان مخالف، به ۵۰ تا ۶۰ درصد کاهش می دهد. معلوم می شود که دو ماشین الکتریکی روی یک شفت وجود دارد، در حالی که یکی در حالت موتور و دومی در حالت مخالف کار می کند. به نظر می رسد که موتورهای الکتریکی کلکتور تک فاز رقبای خود را در شبکه های مربوطه نمی شناسند. این چیزی است که شایسته چنین محبوبیت بالایی است.
ویژگی های مکانیکی موتور الکتریکی دامنه استفاده خاصی را برای آن فراهم می کند. سرعت های پایین، محدود به فرکانس شبکه AC، واحدهای ناهمزمان با توان مشابه را در وزن و اندازه در مقایسه با کلکتورهای جهانی بزرگ می کند. با این حال، زمانی که در مدار قدرت اینورتر با فرکانس بالا قرار گیرد، می توان به ابعاد و وزن قابل مقایسه دست یافت. سفتی مشخصه مکانیکی باقی می ماندموتور که تلفات تبدیل جریان و همچنین افزایش فرکانس، تلفات مغناطیسی و القایی به آن اضافه می شود.
آنالوگ بدون مونتاژ منیفولد
یک موتور کموتاتور AC دارای آنالوگ است که از نظر ویژگی های مکانیکی به آن نزدیک است - یک سوپاپ که در آن مجموعه برس-کلکتور با یک اینورتر مجهز به سنسور موقعیت روتور جایگزین شد. سیستم زیر به عنوان آنالوگ الکترونیکی این واحد استفاده می شود: یکسو کننده، یک موتور سنکرون با سنسور موقعیت زاویه ای روتور، همراه با یک اینورتر. با این حال، وجود آهنرباهای دائمی در روتور باعث کاهش حداکثر گشتاور در عین حفظ ابعاد می شود.
اصل عملیات
دستگاه موتور الکتریکی کلکتور نشان می دهد که چگونه دستگاه انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند و بالعکس. این نشان دهنده توانایی آن برای استفاده به عنوان یک ژنراتور است. شایان ذکر است که موتور الکتریکی کلکتور را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید که نمودار آن توانایی های آن را نشان می دهد.
قوانین فیزیک به وضوح بیان می کنند که وقتی جریان الکتریکی از یک هادی در میدان مغناطیسی عبور می کند، نیروی خاصی بر آن وارد می شود. در این مورد، قانون دست راست عمل می کند که تأثیر مستقیمی بر قدرت موتور الکتریکی دارد. موتور کموتاتور دقیقاً بر اساس این اصل اساسی کار می کند.
فیزیک به ما می آموزد که اساسایجاد چیزهای درست قوانین کوچکی هستند. این به عنوان پایه ای برای ایجاد یک قاب در حال چرخش در یک میدان مغناطیسی عمل کرد که امکان ایجاد یک موتور الکتریکی جمع کننده را فراهم کرد. نمودار نشان می دهد که یک جفت رسانا در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد که جریان آن در جهت مخالف هدایت می شود و از این رو نیروها نیز وجود دارد. مجموع آنها گشتاور مورد نیاز را می دهد. دستگاه یک موتور الکتریکی بسیار پیچیده تر است، زیرا مجموعه کاملی از عناصر ضروری به آن اضافه شده است، به ویژه، یک کلکتور که همان جهت جریان را بر روی قطب ها ارائه می دهد. حرکت ناهموار با قرار دادن سیم پیچ های بیشتر بر روی آرمیچر حذف شد، در حالی که آهنرباهای دائمی با سیم پیچ ها جایگزین شدند که نیاز به جریان مستقیم را از بین می برد. این امکان ایجاد یک جهت واحد را به گشتاور داد.
تعمیر موتور برق را خودتان انجام دهید
مثل هر دستگاه دیگری، این دستگاه ممکن است به هر دلیلی از کار بیفتد. اگر موتور الکتریکی، که عکس آن را در بررسی ما مشاهده می کنید، نمی تواند تعداد دور مورد نیاز را به دست آورد، یا شفت هنگام راه اندازی نمی چرخد، باید بررسی کنید که آیا فیوزهای آن منفجر شده اند یا خیر. مدار الکتریکی آرمیچر، اگر خود دستگاه بیش از حد بارگذاری شده باشد. اغلب اوقات، اضافه بار منجر به مصرف غیرعادی جریان می شود. برای رفع این نقص باید گیربکس مکانیکی و ترمز را به دقت بررسی کرد و سپس علل اضافه بار را از بین برد.
طراحی موتور الکتریکی به گونه ای است که هنگام روشن شدن، مصرف می کندمقدار مشخصی جریان اگر بزرگتر از مقدار اسمی باشد، باید سازگاری اتصال سیم پیچ های موازی و سری نسبت به یکدیگر و همچنین در رابطه با رئوستات بررسی شود. هنگامی که تعمیرات موتور الکتریکی به تنهایی انجام می شود، اغلب اشتباهات کاملاً خاصی انجام می شود. به طور خاص، سیم پیچ شنت را می توان به صورت سری با مقاومت الکتریکی رئوستات متصل کرد یا به یک قطب شبکه الکتریکی متصل کرد.
بررسی قوام اتصال سیم پیچ تحریک کاری با اتصال یکی از انتهای سیم پیچ شنت با انتهای لنگر و دومی - با یک هادی الکتریکی که از قوس رئوستات می آید انجام می شود. معمولا سطح مقطع این هادی الکتریکی کمی کوچکتر از بقیه است، بنابراین می توان آن را بدون میگر تشخیص داد. پس از روشن کردن کلید پاور و جابجایی لغزنده رئوستات به موقعیت وسط، برق به انتهای آزاد تامین می شود. با استفاده از یک لامپ کنترل، بررسی متوالی تمام انتهای رسانا انجام می شود. وقتی یکی از آنها را لمس می کنید، لامپ باید روشن شود، اما نه با دیگری. به این ترتیب کل موتور تست می شود. قیمت کار انجام شده به نوع خرابی واحد بستگی دارد.
اگر در حین کار دستگاه تعدادی دور کمتر از مقدار نامی باشد، دلایل اصلی آن معمولاً موارد زیر است: ولتاژ پایین شبکه، اضافه بار دستگاه، جریان هیجان انگیز زیاد. اگر عدم عملکرد ماهیت مخالف مشاهده شد، لازم است مدار تحریک را بررسی کنید، تمام عیوب شناسایی شده را از بین ببرید، پس از آنمی توانید مقدار طبیعی جریان تحریک را تنظیم کنید. در برخی موارد ممکن است لازم باشد که موتورها به عقب برگردند.
زمانی که دلیل عدم کارکرد واحد، جفت شدن اشتباه سیم پیچ های میدان موازی و سری باشد، لازم است ترتیب اتصال صحیح را بازیابی کنید. اگر رفع چنین مشکلی به روشی ساده امکان پذیر نیست، ممکن است لازم باشد که موتورهای الکتریکی را به عقب برگردانید. همچنین لازم است که مقدار ولتاژ در شبکه الکتریکی بررسی شود، زیرا با افزایش مقدار اسمی آن، ممکن است دور دستگاه افزایش یابد.
