Komutatoriaus variklis yra sinchroninė elektros mašina, kurioje srovės jungiklis apvijoje ir rotoriaus padėties jutiklis yra pagaminti iš to paties įrenginio - šepečio-kolektoriaus mazgo. Šis įrenginys yra įvairių formų.
Įvairūs
Nuolatinės srovės komutatoriaus variklis paprastai apima tokius elementus kaip:
- trijų polių rotorius ant movinių guolių;
- dviejų polių nuolatinio magneto statorius;
- varinės plokštės kaip komutatoriaus mazgo šepečiai.
Šis rinkinys būdingas mažiausios galios sprendimams, paprastai naudojamiems vaikų žaisluose, kur nereikia didelės galios. Galingesni varikliai apima dar kelis konstrukcinius elementus:
- keturi grafito šepečiai kolektoriaus mazgo pavidalu;
- kelių polių rotorius ant riedėjimo guolių;
- nuolatinio magneto statorius su keturiais poliais.
Dažniausiai tokio tipo variklio įtaisasnaudojami šiuolaikiniuose automobiliuose aušinimo ir vėdinimo sistemos ventiliatoriui, plovimo siurbliams, valytuvams ir kitiems elementams varyti. Taip pat yra sudėtingesnių agregatų.
Kelių šimtų vatų elektros variklio galiai reikalingas keturių polių statorius, pagamintas iš elektromagnetų. Norėdami prijungti jo apvijas, galite naudoti vieną iš kelių būdų:
– nuosekliai su rotoriumi. Tokiu atveju gaunamas didelis maksimalus sukimo momentas, tačiau dėl didelio tuščiosios eigos greičio variklio sugadinimo rizika yra didelė.
- Lygiagrečiai su rotoriumi. Tokiu atveju sukimosi greitis išlieka stabilus besikeičiančiomis apkrovos sąlygomis, tačiau maksimalus sukimo momentas yra pastebimai mažesnis.
- Mišrus sužadinimas, kai dalis apvijos jungiama nuosekliai, o dalis lygiagrečiai. Šiuo atveju derinami ankstesnių variantų pranašumai. Šis tipas naudojamas automobilių starteriams.
- Nepriklausomas sužadinimas, kuris naudoja atskirą maitinimo š altinį. Tokiu atveju gaunamos lygiagrečią jungtį atitinkančios charakteristikos. Ši parinktis naudojama retai.
Komutatoriaus variklis turi tam tikrų privalumų: juos lengva gaminti, taisyti, eksploatuoti, o tarnavimo laikas gana ilgas. Kaip trūkumai dažniausiai išskiriami: veiksmingos tokių įrenginių konstrukcijos dažniausiai pasižymi dideliu greičiu ir mažu sukimo momentu, todėl daugumoje pavarų reikia sumontuoti pavarų dėžes. Šis teiginys yra gerai pagrįstasnes elektrinė mašina, orientuota mažu greičiu, pasižymi nepakankamu efektyvumu, taip pat su tuo susijusiomis aušinimo problemomis. Pastarieji tokie, kad jiems sunku rasti elegantišką sprendimą.
Universalus komutatoriaus variklis
Šis variantas yra tam tikras nuolatinės srovės komutatorius, galintis veikti tiek nuolatinėje, tiek kintamojoje srovėje. Prietaisas tapo plačiai paplitęs kai kurių tipų buitiniuose prietaisuose ir rankiniuose įrankiuose dėl savo mažo dydžio, mažo svorio, mažos kainos ir lengvo greičio valdymo. Gana dažnai randama kaip traukos priemonė JAV ir Europos geležinkeliuose. Galite apsvarstyti elektros variklio įtaisą.
Dizaino ypatybės
Norėdami geriau suprasti šią problemą, turėtumėte išsamiau apsvarstyti, kas sudarė pateikto įrenginio pagrindą. Universalus kolektorinis variklio tipas yra nuolatinės srovės įtaisas su žadinimo apvijomis, sujungtomis nuosekliai, optimizuotas darbui su kintamąja srove buitiniame maitinimo tinkle. Variklis sukasi viena kryptimi, nepriklausomai nuo poliškumo. Taip yra dėl to, kad dėl nuoseklaus statoriaus ir rotoriaus apvijų sujungimo vienu metu keičiasi jų magnetiniai poliai ir dėl to susidaręs sukimo momentas nukreipiamas viena kryptimi.
Iš ko jis pagamintas?
Kintamosios srovės komutatoriaus variklis naudojamas magnetiniu būduminkšta medžiaga su maža histereze. Siekiant sumažinti sūkurinių srovių nuostolius, šis elementas pagamintas iš sukrautų plokščių su izoliacija. Kaip kintamosios srovės kolektorių mašinų pogrupį, įprasta išskirti pulsuojančius srovės blokus, kurie gaunami ištaisius vienfazės grandinės srovę nenaudojant pulsacijos išlyginimo.
Kintamosios srovės komutatoriaus variklis dažniausiai pasižymi tokia savybe: esant mažo greičio režimui, statoriaus apvijų indukcinė varža neleidžia suvartoti daugiau nei tam tikros ribos, o didžiausias variklio sukimo momentas taip pat apribota iki 3–5 nominaliųjų. Mechaninių charakteristikų aproksimavimas pasiekiamas naudojant statoriaus apvijų skirstymą – kintamajai srovei prijungti naudojami atskiri išėjimai.
Gana sudėtinga užduotis yra perjungti galingą kintamosios srovės kolektoriaus įrenginį. Tuo momentu, kai sekcija kerta neutralią, magnetinis laukas, kuris yra susijęs su rotoriumi, pakeičia savo kryptį į priešingą, o tai sukelia reaktyviosios EML sekcijoje. Tai atsitinka, kai veikia kintamosios srovės maitinimas. Kintamosios srovės kolektorių mašinose taip pat vyksta reaktyvusis EMF. Čia taip pat pažymimas transformatoriaus EMF, nes rotorius yra statoriaus magnetiniame lauke, kuris laiku pulsuoja. Sklandus kolektoriaus variklio paleidimas neįmanomas, nes šiuo metu mašinos amplitudė bus maksimali, o artėjant prie sinchronizmo greičio proporcingai sumažės. Kaip ir toliaupagreitis, bus pastebėtas naujas padidėjimas. Norėdami išspręsti perjungimo problemą šiuo atveju, siūlomi keli nuoseklūs veiksmai:
- Siekiant sumažinti sankabos srautą, pirmenybė turėtų būti teikiama vieno posūkio sekcijai.
- Reikia padidinti sekcijos aktyviąją varžą, kuriai perspektyviausi elementai yra rezistoriai kolektoriaus plokštėse, kur pastebimas geras aušinimas.
- Komutatorius turi būti aktyviai šlifuotas didžiausio kietumo šepečiais ir didžiausiu pasipriešinimu.
- Reaktyvųjį EML galima kompensuoti naudojant papildomus polius su nuosekliomis apvijomis, o lygiagrečios apvijos yra taikomos transformatoriaus EML kompensavimui. Kadangi pastarojo parametro reikšmė priklauso nuo rotoriaus kampinio greičio ir įmagnetinimo srovės, tokioms apvijoms reikia naudoti pagalbines valdymo sistemas, kurių dar nėra.
- Maitinimo grandinių dažnis turi būti kuo mažesnis. Populiariausios parinktys yra 16 ir 25 Hz.
- UKD atsukimas atliekamas perjungiant statoriaus arba rotoriaus apvijų poliškumą.
Pliusai ir trūkumai
Palyginimui naudojamos šios sąlygos: prietaisai prijungiami prie buitinio elektros tinklo, kurio įtampa yra 220 voltų ir dažnis 50 Hz, o variklio galia yra tokia pati. Įrenginių mechaninių charakteristikų skirtumas gali būti trūkumas arba pranašumaspriklausomai nuo disko reikalavimų.
Taigi, kintamosios srovės komutatoriaus variklis: pranašumai, palyginti su nuolatinės srovės bloku:
- Prisijungimas prie tinklo atliekamas tiesiogiai ir nereikia naudoti papildomų komponentų. Jei naudojate nuolatinės srovės įrenginį, reikia ištaisyti.
- Paleidimo srovė yra daug mažesnė, o tai labai svarbu kasdieniame gyvenime naudojamiems įrenginiams.
- Jei yra valdymo grandinė, jos įrenginys daug paprastesnis - reostatas ir tiristorius. Sugedus elektroniniam komponentui, kolektoriaus variklis, kurio kaina priklauso nuo galios ir svyruoja nuo 1400 ar daugiau rublių, liks veikti, tačiau tuoj pat įsijungs visa galia.
Taip pat yra tam tikrų trūkumų:
- Dėl nuostolių dėl statoriaus apsisukimo ir induktyvumo bendras efektyvumas pastebimai sumažėja.
- Maksimalus sukimo momentas taip pat buvo sumažintas.
Vienfaziai kolektoriniai elektros varikliai turi tam tikrų pranašumų, palyginti su asinchroniniais:
- kompaktiškumas;
- nesusiejimas su tinklo dažniu ir greičiu;
- reikšmingas pradinis sukimo momentas;
- proporcingas greičio sumažėjimas ir padidėjimas automatiniu režimu, taip pat sukimo momento padidėjimas didėjant apkrovai, o maitinimo įtampa išlieka nepakitusi;
- greičio valdymas gali būti sklandus gana plačiame diapazone, keičiant maitinimo įtampą.
Trūkumai, palyginti su indukciniu varikliu
- pasikeitus apkrovai greitis bus nestabilus;
- dėl šepetėlio-kolektoriaus mazgo įrenginys nėra labai patikimas (būtinybė naudoti kietiausius šepečius žymiai sumažina išteklius);
- kintamosios srovės perjungimas sukelia stiprią kibirkštį ant kolektoriaus ir susidaro radijo trukdžiai;
- didelis triukšmo lygis veikimo metu;
- kolektorius pasižymi dideliu dalių skaičiumi, todėl variklis gana masyvus.
Šiuolaikinis kolektorinis variklis pasižymi ištekliais, panašiais į mechaninių pavarų ir darbinių korpusų galimybes.
Kiti palyginimai
Lyginant tos pačios galios kolektorinius ir asinchroninius variklius, neatsižvelgiant į pastarųjų vardinį dažnį, gaunama skirtinga charakteristika. Tai bus išsamiau aprašyta toliau. Universalus kolektoriaus elektros variklis įgyvendina "minkštą" charakteristiką. Šiuo atveju momentas yra tiesiogiai proporcingas veleno apkrovai, o apsisukimai yra atvirkščiai proporcingi jam. Vardinis sukimo momentas paprastai yra mažesnis už didžiausią 3-5 kartus. Tuščiosios eigos ribojimui būdingi išskirtinai variklio nuostoliai, o įjungus galingą agregatą be apkrovos, jis gali subyrėti.
Asinchroninio variklio charakteristika yra „ventiliatorius“, tai yra, įrenginys palaiko greitį, artimą vardiniam, kuo staigiau padidindamas sukimo momentą, šiek tiek sumažindamas greitį. Jei kalbame apie reikšmingą šio rodiklio pasikeitimą, tai variklio sukimo momentas ne tik nepadidėja, bet ir mažėjaiki nulio, o tai lemia visišką sustojimą. Tuščiosios eigos greitis yra šiek tiek didesnis nei vardinis, tačiau išlieka pastovus. Vienfazio indukcinio variklio charakteristika yra papildoma problemų, susijusių su paleidimu, rinkinys, nes normaliomis sąlygomis jis nesukuria paleidimo momento. Vienfazio statoriaus magnetinis laukas, pulsuojantis laike, skyla į du laukus su priešingomis fazėmis, todėl neįmanoma paleisti be visokių gudrybių:
- talpa, kuri sukuria dirbtinę fazę;
- padalintas griovelis;
- aktyvus pasipriešinimas, formuojantis dirbtinę fazę.
Teoriškai priešfazis besisukantis laukas sumažina maksimalų vienfazio asinchroninio įrenginio efektyvumą iki 50–60 % dėl nuostolių persotintoje magnetinėje sistemoje ir apvijų, apkrautų priešingo lauko srovėmis. Pasirodo, ant to paties veleno yra dvi elektrinės mašinos, o viena veikia variklio režimu, o kita - opoziciniu režimu. Pasirodo, vienfazių kolektorių elektros varikliai konkurentų atitinkamuose tinkluose nežino. Būtent tai nusipelnė tokio didelio populiarumo.
Mechaninės elektros variklio charakteristikos suteikia tam tikrą jo naudojimo sritį. Dėl mažo greičio, kurį riboja kintamosios srovės tinklo dažnis, panašios galios asinchroniniai įrenginiai yra didesni pagal svorį ir dydį, palyginti su universaliais kolektoriais. Tačiau įtraukus į aukšto dažnio keitiklio maitinimo grandinę, galima pasiekti panašius matmenis ir svorį. Išlieka mechaninės charakteristikos standumasvariklis, prie kurio pridedami srovės konvertavimo nuostoliai, taip pat dažnio padidėjimas, didėja magnetiniai ir indukciniai nuostoliai.
Analogai be kolektoriaus mazgo
Kintamosios srovės komutatoriaus variklis turi analogą, kuris jam yra artimiausias pagal mechanines charakteristikas – vožtuvinį, kuriame šepečio-kolektoriaus mazgas buvo pakeistas keitikliu su rotoriaus padėties jutikliu. Kaip elektroninis šio įrenginio analogas naudojama tokia sistema: lygintuvas, sinchroninis variklis su rotoriaus kampinės padėties jutikliu, kartu su inverteriu. Tačiau nuolatinių magnetų buvimas rotoriuje sumažina maksimalų sukimo momentą išlaikant matmenis.
Veikimo principas
Kolektoriaus elektros variklio įtaisas parodo, kaip prietaisas elektros energiją paverčia mechanine energija ir atvirkščiai. Tai rodo, kad jis gali būti naudojamas kaip generatorius. Verta išsamiau apsvarstyti kolektoriaus elektros variklį, kurio diagrama parodys jo galimybes.
Fizikos dėsniai aiškiai teigia, kad elektros srovei tekant laidininku magnetiniame lauke, jį veikia tam tikra jėga. Šiuo atveju veikia dešinės rankos taisyklė, kuri turi tiesioginės įtakos elektros variklio galiai. Komutatoriaus variklis veikia tiksliai pagal šį pagrindinį principą.
Fizika mus moko to pagrindokurti tinkamus dalykus yra mažos taisyklės. Tai buvo pagrindas sukurti magnetiniame lauke besisukantį rėmą, kuris leido sukurti kolektoriaus elektros variklį. Diagrama rodo, kad laidininkų pora yra įdėta į magnetinį lauką, kurio srovė nukreipta priešingomis kryptimis, taigi ir jėgos. Jų suma suteikia reikiamą sukimo momentą. Elektros variklio įtaisas yra daug sudėtingesnis, nes į jį buvo pridėtas visas reikalingų elementų kompleksas, ypač kolektorius, užtikrinantis tą pačią srovės kryptį per polius. Netolygi eiga buvo pašalinta įdėjus daugiau ritinių ant armatūros, o nuolatiniai magnetai buvo pakeisti ritėmis, todėl nereikėjo nuolatinės srovės. Tai leido sukimo momentui suteikti vieną kryptį.
Elektro variklio remontas „pasidaryk pats“
Kaip ir bet kuris kitas įrenginys, šis įrenginys gali sugesti dėl bet kokios priežasties. Jei elektros variklis, kurio nuotrauką matote mūsų apžvalgoje, negali pasiekti reikiamo apsisukimų skaičiaus arba užvedus velenas nesisuka, reikia patikrinti, ar neperdegė jo saugikliai, ar nėra gedimų. armatūros elektros grandinė, jei pats įrenginys yra perkrautas. Labai dažnai dėl perkrovos suvartojama nenormali srovė. Norint pašalinti šį gedimą, būtina atidžiai apžiūrėti mechaninę transmisiją ir stabdžius, o tada pašalinti perkrovų priežastis.
Elektros variklio konstrukcija tokia, kad užvedęs jis eikvojatam tikras srovės kiekis. Jei ji didesnė už vardinę vertę, reikia patikrinti lygiagrečių ir nuoseklių apvijų sujungimo nuoseklumą vienas kito atžvilgiu, taip pat reostato atžvilgiu. Atliekant „pasidaryk pats“elektros variklių remontą, dažniausiai daromos gana specifinės klaidos. Visų pirma, šunto apviją galima jungti nuosekliai su reostato elektrine varža arba prijungti prie vieno elektros tinklo poliaus.
Darbinės sužadinimo apvijos sujungimo nuoseklumas tikrinamas sujungiant vieną iš šunto apvijos galų su inkaro galu, o antrąjį - su elektros laidininku, ateinančiu iš reostato lanko. Paprastai šio elektros laidininko skerspjūvis yra šiek tiek mažesnis nei kitų, todėl jį galima aptikti be meggerio. Įjungus maitinimo jungiklį ir perjungus reostato slankiklį į vidurinę padėtį, maitinimas tiekiamas į laisvuosius galus. Naudojant kontrolinę lemputę, nuosekliai tikrinami visi laidūs galai. Kai paliečiate vieną iš jų, lemputė turi užsidegti, bet ne su kita. Taip išbandomas visas variklis. Atliktų darbų kaina priklausys nuo įrenginio gedimo tipo.
Jei prietaiso veikimo metu apsisukimų skaičius yra mažesnis už vardinį, pagrindinės to priežastys dažniausiai yra šios: žema tinklo įtampa, įrenginio perkrova, didelė jaudinanti srovė. Pastebėjus priešingo pobūdžio neveikimą, būtina patikrinti sužadinimo grandinę, pašalinti visus nustatytus defektus, po kuriųgalite nustatyti normalią žadinimo srovės vertę. Kai kuriais atvejais gali prireikti atsukti variklius.
Kai įrenginio neveikiamumo priežastis yra klaidingas lygiagrečių ir nuoseklių lauko apvijų suporavimas, būtina atkurti teisingą prijungimo tvarką. Jei tokios problemos paprastu būdu pašalinti nepavyksta, gali tekti persukti elektros variklius. Taip pat būtina patikrinti įtampos dydį elektros tinkle, nes padidėjus jos vardinei vertei gali padidėti prietaiso apsisukimai.
