מנוע קומוטטור הוא מכונה חשמלית סינכרונית שבה מתג הזרם בפיתול וחיישן מיקום הרוטור עשויים בצורת אותו התקן - מכלול קולט מברשות. מכשיר זה מגיע בצורות רבות.
זנים
A מנוע DC-commutator כולל בדרך כלל פריטים כגון:
- רוטור בעל שלושה קוטבים על מיסבי שרוול;
- סטטור מגנט קבוע דו-קוטבי;
- לוחות נחושת כמברשות של מכלול הקומוטטור.
סט זה אופייני לפתרונות ההספק הנמוכים ביותר המשמשים בדרך כלל בצעצועים לילדים שבהם אין צורך בהספק גבוה. מנועים חזקים יותר כוללים עוד כמה אלמנטים מבניים:
- ארבע מברשות גרפיט בצורת מכלול אספנים;
- רוטור רב-קוטבי על מיסבים מתגלגלים;
- סטטור מגנט קבוע עם ארבעה קטבים.
לרוב סוג זה של מכשיר מנועמשמש במכוניות מודרניות להנעת המאוורר של מערכת הקירור והאוורור, משאבות כביסה, מגבים ואלמנטים אחרים. יש גם אגרגטים מורכבים יותר.
הספק של מנוע חשמלי של כמה מאות וואט כרוך בשימוש בסטטור בעל ארבעה קוטבים העשוי מאלקטרומגנטים. כדי לחבר את הפיתולים שלו, ניתן להשתמש באחת מכמה שיטות:
- בסדרה עם הרוטור. במקרה זה מתקבל מומנט מרבי גדול, אולם בשל מהירות הסרק הגבוהה, הסיכון לנזק למנוע הוא גבוה.
- במקביל לרוטור. במקרה זה, המהירות נשארת יציבה בתנאי עומס משתנים, אך המומנט המרבי קטן באופן ניכר.
- עירור מעורב, כאשר חלק מהליפול מחובר בסדרה וחלק במקביל. במקרה זה, היתרונות של האפשרויות הקודמות משולבים. סוג זה משמש למתנעי מכוניות.
- עירור עצמאי, המשתמש בספק כוח נפרד. במקרה זה, המאפיינים המתאימים לחיבור המקביל מתקבלים. אפשרות זו משמשת לעתים רחוקות.
למנוע הקומוטטור יש יתרונות מסוימים: הם קלים לייצור, לתיקון, לתפעול, וחיי השירות שלהם גדולים למדי. כחסרונות, בדרך כלל מודגשים הדברים הבאים: עיצובים יעילים של מכשירים כאלה הם בדרך כלל מהירים ומומנט נמוך, ולכן רוב הכוננים דורשים התקנה של תיבות הילוכים. קביעה זו מבוססת היטבשכן מכונה חשמלית המכוונת במהירות נמוכה מאופיינת ביעילות לא מוערכת, כמו גם בבעיות קירור הקשורות לכך. האחרונים הם כאלה שקשה למצוא להם פתרון אלגנטי.
מנוע קומוטטור אוניברסלי
הגרסה הזו היא מעין מכונת מתמיר DC המסוגלת לפעול גם על DC וגם על AC. המכשיר הפך לנפוץ בכמה סוגים של מכשירי חשמל ביתיים וכלי עבודה ידניים בשל גודלו הקטן, משקלו הנמוך, העלות הנמוכה וקלות בקרת המהירות שלו. נמצא לעתים קרובות כרכב משיכה על מסילות הברזל של ארצות הברית ואירופה. אתה יכול לשקול את ההתקן של המנוע החשמלי.
תכונות עיצוב
לקבלת הבנה טובה יותר של בעיה זו, עליך לשקול ביתר פירוט מה היווה את הבסיס למכשיר המוצג. סוג מנוע הקומוטטור האוניברסלי הוא התקן זרם ישר עם פיתולי עירור המחוברים בסדרה, מותאם לפעולה על זרם חילופין של רשת אספקת חשמל ביתית. המנוע מסתובב בכיוון אחד, ללא קשר לקוטביות. זאת בשל העובדה שהחיבור הסדרתי של פיתולי הסטטור והרוטור מביא לשינוי בו-זמנית בקטבים המגנטיים שלהם, ובשל כך, המומנט המתקבל מופנה לכיוון אחד.
ממה הוא עשוי?
מנוע הקומוטטור AC כרוך בשימוש במגנטיתחומר רך עם היסטרזיס נמוך. כדי להפחית את הפסדי זרם המערבולת, אלמנט זה עשוי מלוחות מוערמים עם בידוד. כתת-קבוצה של מכונות קולט AC, נהוג לייחד יחידות זרם פועם, המתקבלות על ידי תיקון הזרם של מעגל חד פאזי ללא שימוש בהחלקת אדוות.
מנוע קומוטטור AC מאופיין לרוב בתכונה הבאה: במצב המהירות הנמוכה, ההתנגדות האינדוקטיבית של פיתולי הסטטור אינה מאפשרת צריכת זרם מעבר לגבולות מסוימים, בעוד שמומנט המנוע המרבי הוא מוגבל גם ל-3-5 מהנומינליים. קירוב של מאפיינים מכניים מושגת באמצעות חיתוך של פיתולי הסטטור - יציאות נפרדות משמשות לחיבור זרם חילופין.
משימה קשה למדי כוללת החלפת מכונת קולט זרם חילופין חזקה. ברגע שהחתך עובר את הניוטרל, השדה המגנטי, שנמצא במעורבות עם הרוטור, משנה את כיוונו להפוך, וזה גורם ליצירת EMF תגובתי בחתך. זה קורה כאשר פועל על מתח AC. במכונות קולטי זרם חילופין מתרחשת גם EMF תגובתי. כאן מצוין גם השנאי EMF, שכן הרוטור נמצא בשדה המגנטי של הסטטור, הפועם בזמן. התחלה חלקה של מנוע האספן אינה אפשרית, מכיוון שברגע זה משרעת המכונה תהיה מקסימלית, וכאשר היא מתקרבת למהירות הסינכרון, היא תקטן באופן פרופורציונלי. כמו בהמשךהאצה, תצוין עלייה חדשה. כדי לפתור את בעיית המיתוג במקרה זה, מוצעים מספר שלבים עוקבים:
- יש להעדיף קטע בסיבוב בודד בעיצוב כדי להפחית את זרימת המצמד.
- יש להגביר את ההתנגדות הפעילה של הקטע, שעבורו האלמנטים המבטיחים ביותר הם נגדים בפלטות הקולט, שם נצפה קירור טוב.
- יש להטחן את הקומוטטור באופן פעיל עם מברשות בעלות קשיות מקסימלית עם ההתנגדות הגדולה ביותר.
- ניתן לפצות EMF תגובתי על ידי שימוש בקטבים נוספים עם פיתולים סדרתיים, ופיתולים מקבילים ישימים עבור פיצוי EMF של שנאי. מכיוון שהערך של הפרמטר האחרון הוא פונקציה של מהירות הזווית של הרוטור והזרם הממגנט, פיתולים כאלה דורשים שימוש במערכות בקרת עבדים, שעדיין לא קיימות.
- התדירות של מעגלי האספקה צריכה להיות נמוכה ככל האפשר. האפשרויות הפופולריות ביותר הן 16 ו-25 הרץ.
- היפוך ה-UKD מתבצע על ידי החלפת הקוטביות של פיתולי הסטטור או הרוטור.
יתרונות וחסרונות
התנאים הבאים משמשים להשוואה: המכשירים מחוברים לרשת חשמל ביתית במתח של 220 וולט ותדר של 50 הרץ, כאשר הספק המנוע זהה. ההבדל במאפיינים המכניים של מכשירים יכול להיות חיסרון או יתרון בבהתאם לדרישות הכונן.
אז, מנוע קומוטטור AC: יתרונות בהשוואה ליחידת DC:
- החיבור לרשת מתבצע ישירות, ואין צורך להשתמש ברכיבים נוספים. במקרה של יחידת DC, נדרש תיקון.
- זרם ההתחלה הוא הרבה פחות, וזה מאוד חשוב עבור מכשירים המשמשים בחיי היומיום.
- אם יש מעגל בקרה, המכשיר שלו הרבה יותר פשוט - ריאוסטט ותיריסטור. אם הרכיב האלקטרוני נכשל, אזי מנוע האספן, שמחירו תלוי בהספק ונע בין 1,400 רובל או יותר, יישאר פעיל, אך יידלק מיד בעוצמה מלאה.
יש גם חסרונות מסוימים:
- עקב הפסדים עקב היפוך סטטור והשראות, היעילות הכוללת מופחתת באופן ניכר.
- גם המומנט המרבי הופחת.
למנועים חשמליים אספנים חד-פאזיים יש יתרונות מסוימים בהשוואה למנועים אסינכרוניים:
- קומפקטיות;
- היעדר כריכה לתדר ולמהירות הרשת;
- מומנט התחלה משמעותי;
- ירידה פרופורציונלית ועלייה במהירות במצב אוטומטי, כמו גם עלייה במומנט עם הגדלת העומס, בעוד מתח האספקה נשאר ללא שינוי;
- בקרת מהירות יכולה להיות חלקה בטווח רחב למדי על ידי שינוי מתח האספקה.
חסרונות בהשוואה למנוע אינדוקציה
- כאשר העומס משתנה, המהירות תהיה לא יציבה;
- מכלול אספן המברשות הופך את המכשיר לא אמין במיוחד (הצורך להשתמש במברשות הקשיחות ביותר מפחית משמעותית את המשאב);
- מיתוג AC גורם לניצוץ חזק על הקולט, ונוצר הפרעות רדיו;
- רמת רעש גבוהה במהלך הפעולה;
- הסעפת מאופיינת במספר רב של חלקים, מה שהופך את המנוע למסיבי למדי.
מנוע קומוטטור מודרני מאופיין במשאב השווה ליכולות של גלגלי שיניים מכאניים וגופים עובדים.
השוואות אחרות
כאשר משווים מנועים אספנים ומנועים אסינכרוניים בעלי אותו הספק, ללא קשר לתדר המדורג של האחרון, מתקבל מאפיין שונה. זה יתואר בפירוט רב יותר להלן. המנוע החשמלי האספן האוניברסלי מיישם מאפיין "רך". במקרה זה, הרגע עומד ביחס ישר לעומס על הפיר, בעוד שהסיבובים עומדים ביחס הפוך אליו. המומנט הנקוב הוא בדרך כלל פחות מהמקסימום פי 3-5. הגבלת מהירות סרק מאופיינת אך ורק בהפסדים במנוע, תוך הפעלת יחידה חזקה ללא עומס, היא עלולה לקרוס.
המאפיין של מנוע אסינכרוני הוא "מאוורר", כלומר, היחידה שומרת על מהירות קרובה לנומינלית, ומגדילה את המומנט בצורה חדה ככל האפשר עם ירידה קלה במהירות. אם אנחנו מדברים על שינוי משמעותי במחוון זה, אז מומנט המנוע לא רק לא גדל, אלא גם פוחתלאפס, מה שמוביל לעצירה מוחלטת. מהירות הסרק מעט גבוהה מהנומינלית, תוך שהיא נשארת קבועה. מאפיין של מנוע אינדוקציה חד פאזי הוא קבוצה נוספת של בעיות הקשורות להתנעה, שכן הוא אינו מפתח מומנט התחלה בתנאים רגילים. השדה המגנטי של סטאטור חד פאזי, הפועם בזמן, מתפרק לשני שדות עם שלבים הפוכים, מה שלא מאפשר להתחיל בלי כל מיני טריקים:
- קיבול שיוצר פאזה מלאכותית;
- חריץ מפוצל;
- התנגדות פעילה שיוצרת שלב מלאכותי.
באופן תיאורטי, שדה סיבוב אנטי-פאזי מפחית את היעילות המקסימלית של יחידה אסינכרונית חד-פאזית ל-50-60% עקב הפסדים במערכת מגנטית רוויה ופיתולים עמוסים בזרמי שדה נגדי. מסתבר שיש שתי מכונות חשמליות על אותו פיר, כאשר האחת פועלת במצב מנוע, והשנייה במצב אופוזיציה. מסתבר שמנועים חשמליים אספנים חד פאזיים אינם מכירים מתחרים ברשתות המתאימות. זה מה שהיה ראוי לפופולריות כה גבוהה.
המאפיינים המכניים של המנוע החשמלי מספקים לו היקף שימוש מסוים. מהירויות נמוכות, מוגבלות על ידי תדירות רשת ה-AC, הופכות יחידות אסינכרוניות בעלות הספק דומה לגדולות במשקל ובגודל בהשוואה לאספנים אוניברסליים. עם זאת, כאשר נכלל במעגל החשמל של המהפך בתדר גבוה, ניתן להשיג מידות ומשקל דומים. הקשיחות של המאפיין המכאני נשארתמנוע, שאליו מתווספים הפסדי המרת זרם, כמו גם עלייה בתדר, עלייה הפסדים מגנטיים ואינדוקטיביים.
אנלוגים ללא מכלול סעפת
למנוע קומוטטור AC יש אנלוגי הקרוב אליו ביותר מבחינת מאפיינים מכניים - שסתום אחד, שבו מכלול קולט המברשות הוחלף במהפך המצויד בחיישן מיקום הרוטור. המערכת הבאה משמשת כאנלוגי אלקטרוני של יחידה זו: מיישר, מנוע סינכרוני עם חיישן מיקום זוויתי של הרוטור, בשילוב עם מהפך. עם זאת, הימצאות מגנטים קבועים ברוטור מפחיתה את המומנט המרבי תוך שמירה על המידות.
עקרון הפעולה
התקן המנוע החשמלי האספן מדגים כיצד המכשיר ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית ולהיפך. זה מעיד על יכולתו לשמש כמחולל. כדאי לשקול ביתר פירוט את המנוע החשמלי האספן, שהתרשים שלו ידגים את יכולותיו.
חוקי הפיזיקה קובעים בבירור שכאשר מועבר זרם חשמלי דרך מוליך בשדה מגנטי, מופעל עליו כוח מסוים. במקרה זה, כלל יד ימין עובד, אשר יש לו השפעה ישירה על כוחו של המנוע החשמלי. מנוע הקומוטטור עובד בדיוק על העיקרון הבסיסי הזה.
הפיסיקה מלמדת אותנו שהבסיסיצירת הדברים הנכונים הם כללים קטנים. זה שימש בסיס ליצירת מסגרת מסתובבת בשדה מגנטי, מה שאפשר ליצור מנוע חשמלי אספן. התרשים מראה שזוג מוליכים ממוקם בשדה מגנטי, שהזרם שלו מכוון לכיוונים מנוגדים, ומכאן גם הכוחות. הסכום שלהם נותן את המומנט הנדרש. המכשיר של מנוע חשמלי הוא הרבה יותר מסובך, מכיוון שנוספו לו קומפלקס שלם של אלמנטים נחוצים, בפרט, אספן המספק את אותו כיוון זרם על הקטבים. המהלך הלא אחיד בוטל על ידי הנחת סלילים נוספים על האבזור, בעוד שהמגנטים הקבועים הוחלפו בסלילים, מה שביטל את הצורך בזרם ישר. זה איפשר לתת למומנט כיוון יחיד.
תיקון מנוע חשמלי בשיטת עשה זאת בעצמך
כמו כל מכשיר אחר, יחידה זו עלולה להיכשל מכל סיבה שהיא. אם המנוע החשמלי, שתמונתו תוכל לראות בסקירה שלנו, אינו יכול להשיג את מספר הסיבובים הנדרש, או שהציר אינו מסתובב בעת התנעתו, עליך לבדוק אם הנתיכים שלו התפוצצו, אם יש פריצות פנימה המעגל החשמלי של האבזור, אם המכשיר עצמו עמוס יתר על המידה. לעתים קרובות מאוד, עומס יתר מביא לצריכת זרם חריגה. כדי לבטל תקלה זו, יש צורך לבדוק היטב את תיבת ההילוכים והבלם המכניים, ולאחר מכן לחסל את הגורמים לעומסי יתר.
העיצוב של המנוע החשמלי הוא כזה שכשהוא מתניע, הוא מתכלהכמות מסוימת של זרם. אם הוא גדול מהערך הנומינלי, יש לבדוק את עקביות החיבור של הפיתולים המקבילים והסדרתיים ביחס זה לזה, כמו גם ביחס ל-rheostat. כאשר מבוצעים תיקוני מנוע חשמלי עשה זאת בעצמך, נעשות לרוב טעויות ספציפיות למדי. בפרט, ניתן לחבר את פיתול השאנט בסדרה עם ההתנגדות החשמלית של הריאוסטט, או לחבר לקוטב אחד של רשת החשמל.
בדיקת עקביות החיבור של פיתול העירור העובד מתבצעת על ידי חיבור אחד מקצוות פיתול השאנט עם קצה העוגן, והשני - עם מוליך חשמלי המגיע מקשת הריאוסטט. בדרך כלל חתך הרוחב של המוליך החשמלי הזה קטן במעט מהאחרים, כך שניתן לזהות אותו ללא מג'ר. לאחר הפעלת מתג ההפעלה והזזת מחוון הריאוסטט למצב האמצעי, הכוח מסופק לקצוות הפנויים. באמצעות מנורת בקרה, מתבצעת בדיקה רציפה של כל הקצוות המוליכים. כשנוגעים באחד מהם, המנורה צריכה להידלק, אבל לא עם השני. כך נבדק המנוע כולו. מחיר העבודה שתבוצע יהיה תלוי בסוג התמוטטות היחידה.
אם במהלך פעולת המכשיר יש מספר סיבובים הנמוכים מהנומינלי, אז הסיבות העיקריות לכך הן בדרך כלל הבאות: מתח רשת נמוך, עומס יתר של המכשיר, זרם מרגש גדול. אם מצוינת אי-פעולה מהטבע ההפוך, יש צורך לבדוק את מעגל העירור, לחסל את כל הפגמים שזוהו, ולאחר מכןאתה יכול להגדיר את הערך הרגיל של זרם העירור. במקרים מסוימים ייתכן שיהיה צורך להריץ את המנועים לאחור.
כאשר הסיבה לאי-פעולה של היחידה היא צימוד שגוי של פיתולי השדה המקבילים והסדרתיים, יש צורך לשחזר את סדר החיבור הנכון. אם לא ניתן לבטל בעיה כזו בצורה פשוטה, ייתכן שיהיה צורך לגלגל את המנועים החשמליים לאחור. כמו כן יש לבדוק את גודל המתח ברשת החשמל, שכן עם עלייה בערכו הנומינלי עשויות לעלות סיבובי המכשיר.
