Motor komutator adalah mesin listrik sinkron di mana sakelar arus pada belitan dan sensor posisi rotor dibuat dalam bentuk perangkat yang sama - rakitan pengumpul sikat. Perangkat ini hadir dalam berbagai bentuk.
Varietas
Sebuah motor komutator DC biasanya menyertakan item seperti:
- rotor tiga kutub pada bantalan lengan;
- stator magnet permanen dua kutub;
- pelat tembaga sebagai sikat dari rakitan komutator.
Set ini tipikal untuk solusi daya terendah yang biasanya digunakan pada mainan anak-anak di mana daya tinggi tidak diperlukan. Mesin yang lebih bertenaga mencakup beberapa elemen struktural lainnya:
- empat sikat grafit dalam bentuk rakitan kolektor;
- rotor multi-kutub pada bantalan gelinding;
- stator magnet permanen dengan empat kutub.
Paling sering jenis perangkat motor inidigunakan pada mobil modern untuk menggerakkan kipas sistem pendingin dan ventilasi, pompa washer, wiper, dan elemen lainnya. Ada juga agregat yang lebih kompleks.
Kekuatan motor listrik beberapa ratus watt melibatkan penggunaan stator empat kutub yang terbuat dari elektromagnet. Untuk menghubungkan belitannya, salah satu dari beberapa metode dapat digunakan:
- Secara seri dengan rotor. Dalam hal ini, torsi maksimum yang besar diperoleh, namun karena kecepatan idle tinggi, risiko kerusakan mesin tinggi.
- Secara paralel dengan rotor. Dalam hal ini, kecepatan tetap stabil di bawah perubahan kondisi beban, tetapi torsi maksimum terasa lebih kecil.
- Eksitasi campuran, ketika bagian dari belitan dihubungkan secara seri dan bagian secara paralel. Dalam hal ini, keuntungan dari opsi sebelumnya digabungkan. Tipe ini digunakan untuk starter mobil.
- Eksitasi independen, yang menggunakan catu daya terpisah. Dalam hal ini, karakteristik yang sesuai dengan koneksi paralel diperoleh. Opsi ini jarang digunakan.
Motor komutator memiliki keunggulan tertentu: mudah dibuat, diperbaiki, dioperasikan, dan masa pakainya cukup lama. Sebagai kerugian, berikut ini biasanya disorot: desain efektif dari perangkat tersebut biasanya berkecepatan tinggi dan torsi rendah, sehingga sebagian besar drive memerlukan pemasangan gearbox. Pernyataan ini sangat beralasankarena mesin listrik yang berorientasi pada kecepatan rendah ditandai dengan efisiensi yang diremehkan, serta masalah pendinginan yang terkait dengan ini. Yang terakhir adalah sedemikian rupa sehingga sulit untuk menemukan solusi yang elegan untuk mereka.
Motor komutator universal
Varian ini adalah sejenis mesin komutator DC yang mampu beroperasi pada arus DC dan AC. Perangkat ini telah tersebar luas di beberapa jenis peralatan rumah tangga dan perkakas tangan karena ukurannya yang kecil, bobot yang rendah, biaya rendah dan kemudahan kontrol kecepatan. Cukup sering ditemukan sebagai kendaraan traksi di rel kereta api Amerika Serikat dan Eropa. Anda dapat mempertimbangkan perangkat motor listrik.
Fitur Desain
Untuk pemahaman yang lebih baik tentang masalah ini, Anda harus mempertimbangkan secara lebih rinci apa yang menjadi dasar perangkat yang disajikan. Jenis motor komutator universal adalah perangkat arus searah dengan belitan eksitasi yang dihubungkan secara seri, dioptimalkan untuk operasi pada arus bolak-balik dari jaringan catu daya rumah tangga. Motor berputar dalam satu arah, terlepas dari polaritasnya. Ini disebabkan oleh fakta bahwa hubungan seri belitan stator dan rotor menyebabkan perubahan simultan pada kutub magnetnya, dan karena ini, torsi yang dihasilkan diarahkan ke satu arah.
Terbuat dari apa?
Motor komutator AC melibatkan penggunaan magnetisbahan lembut dengan histeresis rendah. Untuk mengurangi rugi-rugi arus eddy, elemen ini dibuat dari pelat bertumpuk dengan insulasi. Sebagai bagian dari mesin pengumpul AC, biasanya untuk memilih unit arus berdenyut, yang diperoleh dengan menyearahkan arus dari rangkaian fase tunggal tanpa menggunakan pemulusan riak.
Motor komutator AC paling sering dicirikan oleh fitur berikut: dalam mode kecepatan rendah, resistansi induktif belitan stator tidak memungkinkan arus dikonsumsi lebih dari batas tertentu, sedangkan torsi motor maksimum adalah juga dibatasi 3-5 dari nominal. Perkiraan karakteristik mekanis dicapai melalui penggunaan penampang belitan stator - keluaran terpisah digunakan untuk menghubungkan arus bolak-balik.
Tugas yang agak sulit melibatkan penggantian mesin pengumpul arus bolak-balik yang kuat. Pada saat penampang melewati netral, medan magnet yang terikat dengan rotor berubah arahnya ke arah yang berlawanan, dan ini menyebabkan timbulnya EMF reaktif pada penampang tersebut. Ini terjadi saat menggunakan daya AC. Pada mesin pengumpul arus bolak-balik, EMF reaktif juga terjadi. EMF transformator juga dicatat di sini, karena rotor berada dalam medan magnet stator, yang berdenyut seiring waktu. Start yang mulus dari motor kolektor tidak mungkin, karena pada saat ini amplitudo mesin akan maksimum, dan ketika mendekati kecepatan sinkron, itu akan berkurang secara proporsional. Selanjutnyapercepatan, peningkatan baru akan dicatat. Untuk mengatasi masalah switching dalam kasus ini, diusulkan beberapa langkah berurutan:
- Bagian putaran tunggal harus dipilih dalam desain untuk mengurangi aliran kopling.
- Resistansi aktif bagian perlu ditingkatkan, di mana elemen yang paling menjanjikan adalah resistor di pelat kolektor, di mana pendinginan yang baik diamati.
- Komutator harus digiling secara aktif dengan sikat dengan kekerasan maksimum dengan hambatan terbesar.
- EMF reaktif dapat dikompensasikan dengan menggunakan kutub tambahan dengan belitan seri, dan belitan paralel berlaku untuk kompensasi EMF transformator. Karena nilai parameter terakhir adalah fungsi dari kecepatan sudut rotor dan arus magnetisasi, belitan semacam itu memerlukan penggunaan sistem kontrol budak, yang belum ada.
- Frekuensi rangkaian suplai harus serendah mungkin. Opsi yang paling populer adalah 16 dan 25 Hz.
- Pembalikan UKD dilakukan dengan mengganti polaritas belitan stator atau rotor.
Pro dan kontra
Kondisi berikut digunakan untuk perbandingan: perangkat terhubung ke jaringan listrik rumah tangga dengan tegangan 220 volt dan frekuensi 50 Hz, sedangkan daya mesin sama. Perbedaan karakteristik mekanis perangkat dapat menjadi kerugian atau keuntungan dalamtergantung pada kebutuhan drive.
Jadi, motor komutator AC: kelebihan dibandingkan dengan unit DC:
- Koneksi ke jaringan dilakukan secara langsung, dan tidak perlu menggunakan komponen tambahan. Dalam kasus unit DC, perbaikan diperlukan.
- Arus awal jauh lebih sedikit, yang sangat penting untuk perangkat yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
- Jika ada sirkuit kontrol, perangkatnya jauh lebih sederhana - rheostat dan thyristor. Jika komponen elektronik gagal, maka motor kolektor, yang harganya tergantung pada daya dan berkisar antara 1.400 rubel atau lebih, akan tetap beroperasi, tetapi akan segera menyala dengan daya penuh.
Ada juga kelemahan tertentu:
- Karena kerugian akibat pembalikan stator dan induktansi, efisiensi keseluruhan berkurang secara nyata.
- Torsi maksimum juga telah berkurang.
Motor listrik kolektor fase tunggal memiliki keunggulan tertentu dibandingkan dengan motor asinkron:
- kekompakan;
- kurangnya pengikatan pada frekuensi dan kecepatan jaringan;
- torsi awal yang signifikan;
- penurunan proporsional dan peningkatan kecepatan dalam mode otomatis, serta peningkatan torsi dengan meningkatnya beban, sementara tegangan suplai tetap tidak berubah;
- Kontrol kecepatan dapat dilakukan pada rentang yang cukup lebar dengan mengubah tegangan suplai.
Kekurangan dibandingkan motor induksi
- ketika beban berubah, kecepatannya tidak stabil;
- rakitan pengumpul kuas membuat perangkat tidak terlalu andal (kebutuhan untuk menggunakan kuas yang paling kaku secara signifikan mengurangi sumber daya);
- Pergantian AC menyebabkan percikan kuat pada kolektor, dan interferensi radio terbentuk;
- tingkat kebisingan tinggi selama operasi;
- manifold ditandai dengan banyaknya suku cadang, yang membuat mesinnya cukup besar.
Motor komutator modern dicirikan oleh sumber daya yang sebanding dengan kemampuan roda gigi mekanis dan badan kerja.
Perbandingan lainnya
Saat membandingkan motor kolektor dan asinkron dengan daya yang sama, terlepas dari frekuensi pengenal yang terakhir, karakteristik yang berbeda diperoleh. Ini akan dijelaskan lebih rinci di bawah ini. Motor listrik kolektor universal menerapkan karakteristik "lunak". Dalam hal ini, momen berbanding lurus dengan beban pada poros, sedangkan putaran berbanding terbalik dengannya. Torsi pengenal biasanya kurang dari maksimum sebanyak 3-5 kali. Pembatasan kecepatan idle ditandai secara eksklusif oleh kerugian di mesin, saat menyalakan unit yang kuat tanpa beban, itu bisa runtuh.
Karakteristik motor asinkron adalah "kipas", yaitu, unit mempertahankan kecepatan mendekati nominal, meningkatkan torsi setajam mungkin dengan sedikit penurunan kecepatan. Jika kita berbicara tentang perubahan signifikan pada indikator ini, maka torsi mesin tidak hanya tidak meningkat, tetapi juga berkurangke nol, yang mengarah ke berhenti total. Kecepatan idle sedikit lebih tinggi dari nominal, namun tetap konstan. Karakteristik motor induksi satu fasa adalah serangkaian masalah tambahan yang terkait dengan pengasutan, karena tidak mengembangkan torsi pengasutan dalam kondisi normal. Medan magnet stator fase tunggal, berdenyut dalam waktu, pecah menjadi dua medan dengan fase yang berlawanan, yang membuatnya tidak mungkin untuk memulai tanpa segala macam trik:
- kapasitansi yang menciptakan fase buatan;
- alur terbelah;
- resistensi aktif membentuk fase buatan.
Secara teoritis, medan putar anti-fase mengurangi efisiensi maksimum unit asinkron satu fase menjadi 50-60% karena kerugian dalam sistem magnetik lewat jenuh dan belitan yang dibebani dengan arus medan berlawanan. Ternyata ada dua mesin listrik pada poros yang sama, sementara yang satu beroperasi dalam mode motor, dan yang kedua dalam mode oposisi. Ternyata motor listrik kolektor satu fasa tidak mengenal kompetitor di jaringan masing-masing. Inilah yang pantas mendapatkan popularitas tinggi.
Karakteristik mekanis motor listrik memberikan ruang lingkup penggunaan tertentu. Kecepatan rendah, dibatasi oleh frekuensi listrik AC, membuat unit asinkron dengan daya yang sama besar dalam berat dan ukuran dibandingkan dengan kolektor universal. Namun, ketika dimasukkan ke dalam rangkaian daya inverter dengan frekuensi tinggi, dimensi dan bobot yang sebanding dapat dicapai. Kekakuan karakteristik mekanik tetapmotor, yang ditambahkan kerugian konversi arus, serta peningkatan frekuensi, kerugian magnetik dan induktif meningkat.
Analog tanpa perakitan manifold
Motor komutator AC memiliki analog yang paling dekat dengannya dalam hal karakteristik mekanis - katup, di mana rakitan pengumpul sikat diganti dengan inverter yang dilengkapi dengan sensor posisi rotor. Sistem berikut digunakan sebagai analog elektronik dari unit ini: penyearah, motor sinkron dengan sensor posisi sudut rotor, dikombinasikan dengan inverter. Namun, keberadaan magnet permanen di rotor mengurangi torsi maksimum sambil mempertahankan dimensi.
Prinsip operasi
Perangkat motor listrik kolektor menunjukkan bagaimana perangkat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dan sebaliknya. Hal ini menunjukkan kemampuannya untuk digunakan sebagai generator. Perlu mempertimbangkan secara lebih rinci motor listrik kolektor, diagram yang akan menunjukkan kemampuannya.
Hukum fisika dengan jelas menyatakan bahwa ketika arus listrik dilewatkan melalui konduktor dalam medan magnet, gaya tertentu diberikan padanya. Dalam hal ini, aturan tangan kanan bekerja, yang berdampak langsung pada daya motor listrik. Motor komutator bekerja persis dengan prinsip dasar ini.
Fisika mengajarkan kita bahwa dasarmenciptakan hal yang benar adalah aturan kecil. Ini berfungsi sebagai dasar untuk membuat bingkai yang berputar dalam medan magnet, yang memungkinkan untuk membuat motor listrik pengumpul. Diagram menunjukkan bahwa sepasang konduktor ditempatkan dalam medan magnet, yang arusnya diarahkan ke arah yang berlawanan, dan karenanya gaya juga. Jumlah mereka memberikan torsi yang dibutuhkan. Perangkat motor listrik jauh lebih rumit, karena seluruh kompleks elemen yang diperlukan telah ditambahkan ke dalamnya, khususnya, kolektor yang memberikan arah arus yang sama di atas kutub. Perjalanan yang tidak rata dihilangkan dengan menempatkan lebih banyak kumparan pada angker, sedangkan magnet permanen digantikan oleh kumparan, yang menghilangkan kebutuhan akan arus searah. Hal ini memungkinkan untuk memberikan torsi satu arah.
Perbaikan motor listrik sendiri
Seperti perangkat lain, unit ini dapat gagal karena alasan apa pun. Jika motor listrik, foto yang dapat Anda lihat di ulasan kami, tidak dapat memperoleh jumlah putaran yang diperlukan, atau poros tidak berputar saat dihidupkan, Anda perlu memeriksa apakah sekeringnya putus, apakah ada kerusakan pada sirkuit listrik jangkar, jika perangkat itu sendiri kelebihan beban. Sangat sering, kelebihan beban menghasilkan konsumsi arus yang tidak normal. Untuk menghilangkan kerusakan ini, perlu untuk memeriksa transmisi mekanis dan rem dengan hati-hati, dan kemudian menghilangkan penyebab kelebihan beban.
Desain motor listrik sedemikian rupa sehingga ketika dihidupkan, ia mengkonsumsisejumlah arus tertentu. Jika lebih besar dari nilai nominal, perlu untuk memeriksa konsistensi sambungan belitan paralel dan seri relatif satu sama lain, serta dalam kaitannya dengan rheostat. Ketika perbaikan motor listrik do-it-yourself dilakukan, kesalahan yang cukup spesifik paling sering dilakukan. Secara khusus, belitan shunt dapat dihubungkan secara seri dengan hambatan listrik rheostat, atau dihubungkan ke salah satu kutub jaringan listrik.
Memeriksa konsistensi sambungan belitan eksitasi kerja dilakukan dengan menghubungkan salah satu ujung belitan shunt dengan ujung jangkar, dan yang kedua - dengan konduktor listrik yang berasal dari busur rheostat. Biasanya penampang penghantar listrik ini sedikit lebih kecil dari yang lain, sehingga dapat dideteksi tanpa megger. Setelah menyalakan sakelar daya dan menggeser penggeser rheostat ke posisi tengah, daya disuplai ke ujung bebas. Melalui lampu kontrol, pemeriksaan berurutan dari semua ujung konduktif dilakukan. Saat Anda menyentuh salah satunya, lampu akan menyala, tetapi tidak dengan yang lain. Ini adalah bagaimana seluruh motor diuji. Harga pekerjaan yang dilakukan akan tergantung pada jenis kerusakan unit.
Jika selama pengoperasian perangkat ada sejumlah putaran yang kurang dari nominal, maka alasan utama untuk ini biasanya adalah sebagai berikut: tegangan listrik rendah, perangkat kelebihan beban, arus eksitasi yang besar. Jika tidak dapat dioperasikan dari sifat yang berlawanan dicatat, diperlukan untuk memeriksa sirkuit eksitasi, menghilangkan semua cacat yang diidentifikasi, setelah ituAnda dapat mengatur nilai normal arus eksitasi. Dalam beberapa kasus, mungkin perlu untuk memundurkan motor.
Bila alasan unit tidak dapat dioperasikan adalah kesalahan pemasangan belitan medan paralel dan seri, perlu untuk mengembalikan urutan koneksi yang benar. Jika tidak mungkin untuk menghilangkan masalah seperti itu dengan cara yang sederhana, mungkin perlu untuk memundurkan motor listrik. Penting juga untuk memeriksa besarnya tegangan pada jaringan listrik, karena dengan peningkatan nilai nominalnya, putaran perangkat dapat meningkat.
