Ein Kommutatormotor ist eine elektrische Synchronmaschine, bei der der Stromsch alter in der Wicklung und der Rotorpositionssensor in Form derselben Vorrichtung hergestellt sind - einer Bürsten-Kollektor-Baugruppe. Dieses Gerät gibt es in vielen Formen.
Sorten
Ein Gleichstrom-Kollektormotor enthält normalerweise Elemente wie:
- dreipoliger Rotor auf Gleitlagern;
- zweipoliger Permanentmagnet-Stator;
- Kupferplatten als Bürsten der Kommutatorbaugruppe.
Dieses Set ist typisch für Lösungen mit dem niedrigsten Stromverbrauch, die normalerweise in Kinderspielzeug verwendet werden, wo keine hohe Leistung erforderlich ist. Stärkere Motoren enth alten mehrere weitere Strukturelemente:
- vier Graphitbürsten in Form einer Kollektorbaugruppe;
- mehrpoliger Rotor auf Wälzlagern;
- Dauermagnetstator mit vier Polen.
Am häufigsten diese Art von MotorgerätWird in modernen Autos verwendet, um den Lüfter des Kühl- und Belüftungssystems, Waschpumpen, Scheibenwischer und andere Elemente anzutreiben. Es gibt auch komplexere Aggregate.
Die Leistung eines Elektromotors von mehreren hundert Watt erfordert die Verwendung eines vierpoligen Stators aus Elektromagneten. Um seine Wicklungen zu verbinden, kann eine von mehreren Methoden verwendet werden:
- In Reihe mit dem Rotor. In diesem Fall wird ein großes maximales Drehmoment erreicht, jedoch ist aufgrund der hohen Leerlaufdrehzahl die Gefahr eines Motorschadens hoch.
- Parallel zum Rotor. In diesem Fall bleibt die Drehzahl bei wechselnden Lastbedingungen stabil, aber das maximale Drehmoment ist merklich geringer.
- Mischerregung, wenn ein Teil der Wicklung in Reihe und ein Teil parallel gesch altet ist. In diesem Fall werden die Vorteile der vorherigen Optionen kombiniert. Dieser Typ wird für Autostarter verwendet.
- Unabhängige Erregung, die eine separate Stromversorgung verwendet. In diesem Fall werden die Charakteristiken entsprechend der Parallelsch altung erh alten. Diese Option wird selten verwendet.
Der Kommutatormotor hat bestimmte Vorteile: Er ist einfach herzustellen, zu reparieren, zu betreiben und seine Lebensdauer ist ziemlich groß. Als Nachteile werden normalerweise die folgenden hervorgehoben: Effektive Konstruktionen solcher Geräte sind normalerweise schnell und drehmomentarm, sodass die meisten Antriebe den Einbau von Getrieben erfordern. Diese Behauptung ist wohlbegründetdenn eine auf niedrige Drehzahl ausgerichtete elektrische Maschine zeichnet sich durch einen unterschätzten Wirkungsgrad sowie damit verbundene Kühlprobleme aus. Letztere sind so, dass es schwierig ist, eine elegante Lösung für sie zu finden.
Universal-Kollektormotor
Diese Variante ist eine Art Gleichstrom-Kommutatormaschine, die sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom betrieben werden kann. Die Vorrichtung hat sich aufgrund ihrer kleinen Größe, ihres geringen Gewichts, ihrer niedrigen Kosten und ihrer einfachen Geschwindigkeitssteuerung in einigen Arten von Haush altsgeräten und Handwerkzeugen weit verbreitet. Sehr oft als Zugfahrzeug auf den Eisenbahnen der Vereinigten Staaten und Europas zu finden. Sie können das Gerät des Elektromotors betrachten.
Designmerkmale
Zum besseren Verständnis dieser Problematik sollte man sich genauer überlegen, was die Grundlage des vorgestellten Gerätes bildete. Der Universal-Kollektormotortyp ist ein Gleichstromgerät mit in Reihe gesch alteten Erregerwicklungen, optimiert für den Betrieb an Wechselstrom eines Haush altsstromversorgungsnetzes. Der Motor dreht unabhängig von der Polarität in eine Richtung. Dies liegt daran, dass die Reihensch altung der Stator- und Rotorwicklungen zu einer gleichzeitigen Änderung ihrer Magnetpole führt und dadurch das resultierende Drehmoment in eine Richtung gerichtet ist.
Woraus besteht es?
Der Wechselstrom-Kommutatormotor beinh altet die Verwendung von magnetischweiches Material mit geringer Hysterese. Um Wirbelstromverluste zu reduzieren, besteht dieses Element aus gestapelten Platten mit Isolierung. Als eine Untergruppe von AC-Kollektormaschinen ist es üblich, pulsierende Stromeinheiten herauszugreifen, die durch Gleichrichten des Stroms eines einphasigen Stromkreises ohne Verwendung von Welligkeitsglättung erh alten werden.
Ein Wechselstrom-Kollektormotor zeichnet sich meistens durch folgendes Merkmal aus: Im Niedriggeschwindigkeitsmodus erlaubt der induktive Widerstand der Statorwicklungen nicht, dass mehr Strom als bestimmte Grenzen verbraucht wird, während das maximale Motordrehmoment ist ebenfalls begrenzt auf 3-5 des Nennwertes. Die Annäherung der mechanischen Eigenschaften wird durch die Verwendung von Abschnitten der Statorwicklungen erreicht - getrennte Ausgänge werden zum Anschließen von Wechselstrom verwendet.
Eine ziemlich schwierige Aufgabe besteht darin, eine leistungsstarke Wechselstrom-Kollektormaschine zu sch alten. In dem Moment, in dem die Sektion den Neutralleiter passiert, ändert das Magnetfeld, das mit dem Rotor in Eingriff steht, seine Richtung in die entgegengesetzte Richtung, und dies verursacht die Erzeugung einer reaktiven EMK in der Sektion. Dies passiert beim Betrieb mit Wechselstrom. In Wechselstrom-Kollektormaschinen findet auch reaktive EMK statt. Auch hier ist die Trafo-EMK zu beachten, da sich der Rotor im zeitlich pulsierenden Magnetfeld des Stators befindet. Ein reibungsloser Start des Kollektormotors ist nicht möglich, da in diesem Moment die Amplitude der Maschine maximal ist und bei Annäherung an die Synchrondrehzahl proportional abnimmt. Wie weiterBeschleunigung, ein neuer Anstieg wird festgestellt. Um das Umsch altproblem in diesem Fall zu lösen, werden mehrere aufeinanderfolgende Schritte vorgeschlagen:
- Single-Turn-Abschnitt sollte im Design bevorzugt werden, um den Kupplungsfluss zu reduzieren.
- Der aktive Widerstand des Abschnitts muss erhöht werden, wofür die vielversprechendsten Elemente Widerstände in den Kollektorplatten sind, wo eine gute Kühlung beobachtet wird.
- Der Kommutator muss aktiv mit Bürsten maximaler Härte bei größtem Widerstand geschliffen werden.
- Blind-EMK kann durch die Verwendung zusätzlicher Pole mit Reihenwicklungen kompensiert werden, und Parallelwicklungen sind für die EMF-Kompensation von Transformatoren anwendbar. Da der Wert des letztgenannten Parameters eine Funktion der Winkelgeschwindigkeit des Rotors und des Magnetisierungsstroms ist, erfordern solche Wicklungen den Einsatz von Slave-Steuerungssystemen, die es noch nicht gibt.
- Die Frequenz der Versorgungskreise sollte so niedrig wie möglich sein. Die beliebtesten Optionen sind 16 und 25 Hz.
- Die Umkehrung der UKD erfolgt durch Umpolung der Stator- bzw. Rotorwicklungen.
Vor- und Nachteile
Zum Vergleich werden folgende Bedingungen herangezogen: Die Geräte sind bei gleicher Motorleistung an ein Haush altsstromnetz mit einer Spannung von 220 Volt und einer Frequenz von 50 Hz angeschlossen. Der Unterschied in den mechanischen Eigenschaften von Geräten kann ein Nachteil oder ein Vorteil seinabhängig von den Anforderungen des Laufwerks.
Also ein AC-Kollektormotor: Vorteile gegenüber einem DC-Motor:
- Die Verbindung zum Netzwerk erfolgt direkt, es müssen keine zusätzlichen Komponenten verwendet werden. Bei einem DC-Gerät ist eine Gleichrichtung erforderlich.
- Der Anlaufstrom ist viel geringer, was für Geräte im Alltag sehr wichtig ist.
- Wenn es einen Steuerkreis gibt, ist sein Gerät viel einfacher - ein Rheostat und ein Thyristor. Wenn die elektronische Komponente ausfällt, bleibt der Kollektormotor, dessen Preis von der Leistung abhängt und zwischen 1.400 Rubel oder mehr liegt, in Betrieb, sch altet sich jedoch sofort mit voller Leistung ein.
Es gibt auch gewisse Nachteile:
- Durch Verluste durch Statorumkehr und Induktivität wird der Gesamtwirkungsgrad merklich reduziert.
- Das maximale Drehmoment wurde ebenfalls reduziert.
Einphasen-Kollektor-Elektromotoren haben gewisse Vorteile gegenüber asynchronen:
- Kompaktheit;
- fehlende Bindung an die Netzwerkfrequenz und -geschwindigkeit;
- erhebliches Anlaufdrehmoment;
- proportionales Absenken und Ansteigen der Drehzahl im Automatikmodus, sowie ein Ansteigen des Drehmoments bei steigender Last, während die Versorgungsspannung unverändert bleibt;
- Die Geschwindigkeitsregelung kann über einen ziemlich weiten Bereich gleichmäßig erfolgen, indem die Versorgungsspannung geändert wird.
Nachteile gegenüber Induktionsmotor
- wenn sich die Last ändert, wird die Geschwindigkeit instabil;
- die Bürstensammler-Baugruppe macht das Gerät nicht sehr zuverlässig (die Notwendigkeit, die steifsten Bürsten zu verwenden, reduziert die Ressourcen erheblich);
- Wechselspannungssch altung verursacht einen starken Funken am Kollektor und Funkstörungen entstehen;
- hoher Geräuschpegel während des Betriebs;
- der Krümmer zeichnet sich durch eine große Anzahl von Teilen aus, was den Motor ziemlich massiv macht.
Moderne Kommutatormotoren zeichnen sich durch eine Ressource aus, die mit den Fähigkeiten mechanischer Getriebe und Arbeitskörper vergleichbar ist.
Andere Vergleiche
Beim Vergleich von Kollektor- und Asynchronmotoren gleicher Leistung ergibt sich unabhängig von deren Nennfrequenz eine unterschiedliche Kennlinie. Dies wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Der Universalkollektor-Elektromotor realisiert eine „weiche“Kennlinie. In diesem Fall ist das Moment direkt proportional zur Belastung der Welle, während die Umdrehungen umgekehrt proportional dazu sind. Das Nenndrehmoment ist normalerweise um das 3-5-fache geringer als das Maximum. Die Leerlaufbegrenzung ist ausschließlich durch Verluste im Motor gekennzeichnet, beim Einsch alten eines leistungsstarken Aggregats ohne Last kann es zu einem Zusammenbruch kommen.
Die Eigenschaft eines Asynchronmotors ist "Lüfter", dh das Gerät behält eine Drehzahl nahe der Nenndrehzahl bei und erhöht das Drehmoment so stark wie möglich bei einer leichten Verringerung der Drehzahl. Wenn es sich um eine signifikante Änderung dieses Indikators handelt, steigt das Motordrehmoment nicht nur nicht an, sondern nimmt auch abauf Null, was zu einem vollständigen Stillstand führt. Die Leerlaufdrehzahl ist etwas höher als die Nenndrehzahl, bleibt aber konstant. Ein Merkmal eines Einphasen-Induktionsmotors ist eine zusätzliche Reihe von Problemen, die mit dem Starten verbunden sind, da er unter normalen Bedingungen kein Startdrehmoment entwickelt. Das zeitlich pulsierende Magnetfeld eines einphasigen Stators zerfällt in zwei gegenphasige Felder, was ein Starten ohne allerlei Tricks unmöglich macht:
- Kapazität, die eine künstliche Phase erzeugt;
- Split Groove;
- aktiver Widerstand, der eine künstliche Phase bildet.
Theoretisch reduziert ein gegenphasiges Drehfeld den maximalen Wirkungsgrad einer einphasigen Asynchroneinheit auf 50-60% aufgrund von Verlusten in einem übersättigten Magnetsystem und mit Gegenfeldströmen belasteten Wicklungen. Es stellt sich heraus, dass sich zwei elektrische Maschinen auf derselben Welle befinden, wobei eine im Motormodus und die zweite im Gegenmodus arbeitet. Es stellt sich heraus, dass Einphasen-Kollektor-Elektromotoren keine Wettbewerber in den jeweiligen Netzen kennen. Das hat eine so hohe Popularität verdient.
Die mechanischen Eigenschaften des Elektromotors verleihen ihm einen gewissen Einsatzbereich. Niedrige Drehzahlen, begrenzt durch die Frequenz des Wechselstromnetzes, machen Asynchrongeräte ähnlicher Leistung im Vergleich zu Universalkollektoren groß in Gewicht und Größe. Bei Einbindung in den Leistungskreis des Wechselrichters mit hoher Frequenz können jedoch vergleichbare Abmessungen und Gewichte erreicht werden. Die Steifigkeit der mechanischen Eigenschaft bleibt erh altenMotor, zu dem Stromumwandlungsverluste hinzukommen, sowie eine Erhöhung der Frequenz, magnetische und induktive Verluste nehmen zu.
Analoga ohne Krümmermontage
Ein Wechselstrom-Kollektormotor hat ein Analogon, das ihm in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften am nächsten kommt - ein Ventilmotor, bei dem die Bürsten-Kollektor-Baugruppe durch einen Wechselrichter ersetzt wurde, der mit einem Rotorpositionssensor ausgestattet ist. Als elektronisches Analogon dieser Einheit wird folgendes System verwendet: ein Gleichrichter, ein Synchronmotor mit einem Rotorwinkelpositionssensor, kombiniert mit einem Wechselrichter. Das Vorhandensein von Permanentmagneten im Rotor reduziert jedoch das maximale Drehmoment unter Beibeh altung der Abmessungen.
Funktionsprinzip
Das Kollektor-Elektromotorgerät demonstriert, wie das Gerät elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und umgekehrt. Dies weist auf seine Fähigkeit hin, als Generator verwendet zu werden. Es lohnt sich, den Kollektor-Elektromotor genauer zu betrachten, dessen Diagramm seine Fähigkeiten demonstriert.
Die Gesetze der Physik besagen eindeutig, dass, wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter in einem Magnetfeld geleitet wird, eine bestimmte Kraft auf ihn ausgeübt wird. In diesem Fall funktioniert die Rechte-Hand-Regel, die sich direkt auf die Leistung des Elektromotors auswirkt. Der Kommutatormotor arbeitet genau nach diesem Grundprinzip.
Physik lehrt uns, dass die BasisDie richtigen Dinge zu schaffen, sind kleine Regeln. Dies diente als Grundlage für die Schaffung eines in einem Magnetfeld rotierenden Rahmens, der die Schaffung eines Kollektor-Elektromotors ermöglichte. Das Diagramm zeigt, dass ein Leiterpaar in ein Magnetfeld gebracht wird, dessen Strom in entgegengesetzte Richtungen gerichtet ist und somit auch die Kräfte. Ihre Summe ergibt das erforderliche Drehmoment. Das Gerät eines Elektromotors ist viel komplizierter, da ein ganzer Komplex notwendiger Elemente hinzugefügt wurde, insbesondere ein Kollektor, der die gleiche Stromrichtung über die Pole liefert. Der ungleichmäßige Hub wurde beseitigt, indem mehr Spulen auf dem Anker platziert wurden, während die Permanentmagnete durch Spulen ersetzt wurden, wodurch der Bedarf an Gleichstrom eliminiert wurde. Dadurch war es möglich, dem Drehmoment eine einzige Richtung zu geben.
Elektromotor-Reparatur in Eigenregie
Wie jedes andere Gerät kann auch dieses Gerät aus irgendeinem Grund ausfallen. Wenn der Elektromotor, dessen Foto Sie in unserem Testbericht sehen können, nicht die erforderliche Drehzahl erreichen kann oder sich die Welle beim Starten nicht dreht, müssen Sie überprüfen, ob seine Sicherungen durchgebrannt sind, ob es Einbrüche gibt des Ankerstromkreises, wenn das Gerät selbst überlastet ist. Sehr oft führt eine Überlastung zu einer anormalen Stromaufnahme. Um diese Fehlfunktion zu beseitigen, müssen das mechanische Getriebe und die Bremse sorgfältig überprüft und dann die Ursachen für Überlastungen beseitigt werden.
Der Elektromotor ist so konstruiert, dass er beim Starten verbrauchteine gewisse Stromstärke. Wenn es größer als der Nennwert ist, muss die Konsistenz der Verbindung der Parallel- und Reihenwicklungen zueinander sowie zum Rheostat überprüft werden. Bei der Reparatur von Elektromotoren in Eigenregie werden am häufigsten ganz bestimmte Fehler gemacht. Insbesondere kann die Nebenschlusswicklung mit dem elektrischen Widerstand des Regelwiderstands in Reihe gesch altet oder mit einem Pol des Stromnetzes verbunden werden.
Die Überprüfung der Konsistenz der Verbindung der Arbeitserregerwicklung erfolgt, indem eines der Enden der Nebenschlusswicklung mit dem Ankerende und das zweite mit einem vom Rheostatbogen kommenden elektrischen Leiter verbunden wird. Normalerweise ist der Querschnitt dieses elektrischen Leiters etwas kleiner als die anderen, sodass er ohne Megger erkannt werden kann. Nach dem Einsch alten des Netzsch alters und Verschieben des Rheostat-Schiebers in die mittlere Position werden die freien Enden mit Strom versorgt. Mittels einer Kontrolllampe erfolgt eine sequentielle Kontrolle aller Leiterenden. Wenn Sie einen von ihnen berühren, sollte die Lampe aufleuchten, aber nicht mit dem anderen. So wird der gesamte Motor getestet. Der Preis der durchgeführten Arbeiten hängt von der Art der Störung des Geräts ab.
Wenn während des Betriebs des Gerätes eine Drehzahl unter der Nenndrehzahl auftritt, dann sind die Hauptgründe dafür meist folgende: niedrige Netzspannung, Überlastung des Gerätes, großer Erregerstrom. Wenn eine Funktionsstörung der entgegengesetzten Art festgestellt wird, ist es erforderlich, den Erregerkreis zu überprüfen, alle festgestellten Mängel zu beseitigen und anschließendSie können den normalen Wert des Erregerstroms einstellen. In manchen Fällen kann es notwendig sein, die Motoren zurückzuspulen.
Wenn der Grund für die Funktionsunfähigkeit des Geräts eine fehlerhafte Paarung der parallelen und seriellen Feldwicklungen ist, muss die richtige Anschlussreihenfolge wiederhergestellt werden. Lässt sich ein solches Problem nicht auf einfache Weise beheben, kann es erforderlich sein, die Elektromotoren neu zu spulen. Es ist auch notwendig, die Höhe der Spannung im Stromnetz zu überprüfen, da mit einer Erhöhung des Nennwerts die Umdrehungen des Geräts zunehmen können.
