Evrensel motor - Universal motor

Modern düşük maliyetli üniversal motor elektrikli süpürge. Alan sargıları her iki tarafta arkaya doğru bakır telden yapılmıştır. Rotorun lamine metal çekirdeği gridir ve bobinleri yüksek verimlilikle sarmak için daha koyu yuvalar vardır. Benzer şekle sahip metalik komütatör (kısmen öne doğru gizlenmiştir) kullanımdan dolayı kararmıştır. Ön plandaki büyük kahverengi kalıplanmış plastik parça, fırça kılavuzlarını ve fırçaları (her iki taraf) ve ön motor yatağını destekler.

evrensel motor bir tür elektrik motoru her ikisinde de çalışabilir AC veya DC güç ve bir elektromıknatıs kullanır stator manyetik alanını yaratmak için.[1] Bu bir değiştirilmiş seri sargılı motor nerede stator 's alan bobinleri rotor sargıları ile seri olarak bağlanır. komütatör. Genellikle AC serisi motor olarak adlandırılır. Evrensel motor, yapımında bir DC serisi motora çok benzer, ancak motorun AC gücünde düzgün çalışmasına izin vermek için biraz değiştirilmiştir. Bu tip bir elektrik motoru AC'de iyi çalışabilir çünkü hem alan bobinlerinde hem de armatür (ve ortaya çıkan manyetik alanlar), kaynakla eşzamanlı olarak (ters polarite) değişecektir. Dolayısıyla, ortaya çıkan mekanik kuvvet, uygulanan voltajın yönünden bağımsız olarak, ancak alan bobinlerinin komütatörü ve polaritesi tarafından belirlenen tutarlı bir dönüş yönünde meydana gelecektir.[2]

Evrensel motorlar yüksek başlangıç tork yüksek hızda çalışabilir, hafif ve kompakttır. Yaygın olarak taşınabilir elektrikli alet ve ekipmanların yanı sıra birçok ev aletinde kullanılırlar. Ayrıca, kılavuzlu bobinler kullanılarak elektromekanik olarak veya elektronik olarak kontrol edilmeleri nispeten kolaydır. Ancak, komütatörün fırçalar bu aşınma, dolayısıyla sürekli kullanımda olan ekipman için çok daha az sıklıkla kullanılırlar. Ek olarak, kısmen komütatör nedeniyle, evrensel motorlar tipik olarak hem akustik hem de elektromanyetik olarak çok gürültülüdür.[3]

Özellikleri

Evrensel motorların saha bobinleri, rotor bobinleri ve komütatör ile seri olarak sarılır
Eşdeğer devre

Tüm seri sarımlı motorlar AC akımda iyi çalışmaz.[4][not 1]Sıradan bir seri sargılı DC motor bir AC kaynağına bağlanırsa, çok kötü çalışır. Evrensel motor, doğru AC besleme çalışmasına izin vermek için çeşitli şekillerde değiştirilir. Var dengeleyici sargı DC motorlarda bulunan katı kutup parçalarının aksine, tipik olarak lamine kutup parçaları ile birlikte eklenir.[2] Evrensel bir motorun armatürü tipik olarak bir DC motordan çok daha fazla bobin ve plakaya ve dolayısıyla bobin başına daha az sargıya sahiptir. Bu endüktansı azaltır.[5]

Verimlilik

AC gücüyle kullanıldığında bile, bu tür motorlar, şebeke beslemesinin çok üzerinde bir dönme frekansında çalışabilir ve çoğu elektrik motoru özelliği hızla geliştiği için, bu onların hafif ve güçlü olabileceği anlamına gelir.[5] Bununla birlikte, evrensel motorlar genellikle nispeten verimsizdir: daha küçük motorlar için yaklaşık% 30 ve daha büyük olanlar için% 70-75'e kadar.[5]

Tork hızı özellikleri

Seri sargılı elektrik motorları artan yüke yavaşlayarak yanıt verir; Hem armatürde hem de alan sargılarında aynı akım aktığı için akım artar ve tork akımın karesiyle orantılı olarak artar. Motor durursa, akım yalnızca sargıların toplam direnci ile sınırlanır ve tork çok yüksek olabilir ve sargıların aşırı ısınma tehlikesi vardır. Karşı EMF, armatürdeki akımı sınırlamak için armatür direncine yardımcı olur. Bir motora güç ilk uygulandığında, armatür dönmez. O anda, EMF karşıtı sıfırdır ve armatür akımını sınırlayan tek faktör armatür direncidir. Genellikle bir motorun armatür direnci düşüktür; bu nedenle, güç uygulandığında armatürden geçen akım çok büyük olacaktır. Bu nedenle, motor dönüşü karşı EMF'yi oluşturana kadar akımı sınırlamak için armatürle seri olarak ek bir direnç için ihtiyaç ortaya çıkabilir. Motor dönüşü arttıkça direnç kademeli olarak kesilir. Hız-tork karakteristiği, durma torku ve yüksüz hız arasında neredeyse mükemmel düz bir çizgidir. Bu, motor yavaşça dönmeye başlayana kadar hız düşeceği ve bu motorlar çok yüksek bir durma torkuna sahip olduğu için büyük atalet yüklerine uygundur.[6]

Hız arttıkça, rotorun endüktansı, ideal değiştirme noktasının değiştiği anlamına gelir. Küçük motorlar tipik olarak sabit komutasyona sahiptir. Bazı daha büyük evrensel motorlar dönebilir komutasyona sahipken, bu nadirdir. Bunun yerine daha büyük evrensel motorlarda genellikle tazminat sargıları motorla seri olarak veya bazen endüktif olarak bağlanmış ve ana alan eksenine doksan elektrik derecesinde yerleştirilmiş. Bunlar armatürün reaktansını azaltır ve komütasyonu iyileştirir.[5]

Alan sargılarının armatür sargısı ile seri halde olmasının yararlı bir özelliği, hız arttıkça, EMF'nin alan sargıları boyunca voltajı ve akımı doğal olarak düşürmesi ve yüksek hızlarda alan zayıflaması vermesidir. Bu, motorun uygulanan herhangi bir belirli voltaj için teorik maksimum hıza sahip olmadığı anlamına gelir. Evrensel motorlar genellikle 4000–16000 gibi yüksek hızlarda çalıştırılabilir ve çalıştırılır RPM ve 20.000'in üzerine çıkabilir RPM.[5] Aksine, AC senkron ve sincap kafesi asenkron motorlar bir mili, izin verdiğinden daha hızlı döndüremez güç hattı frekansı. 60 olan ülkelerde Hz AC besleme, bu hız 3600 ile sınırlıdır RPM.[7]

Ünite önemli bir mekanik yük olmadan çalıştırılırsa aşırı hızdan (tasarım sınırlarını aşan bir dönüş hızında çalışma) motor hasarı meydana gelebilir. Daha büyük motorlarda, ani yük kaybından kaçınılmalıdır ve böyle bir meydana gelme olasılığı, motorun koruma ve kontrol şemalarına dahil edilir. Bazı küçük uygulamalarda, bir fan kanadı şafta takılı, genellikle motor hızını güvenli bir seviyeye sınırlamak için yapay bir yük ve ayrıca armatür ve alan sargıları üzerinde soğutma hava akışını dolaştırmak için bir araç olarak işlev görür. Evrensel bir motora mekanik sınırlar konmamış olsaydı, teorik olarak aynı şekilde kontrol dışına çıkabilirdi. seri sargılı DC motor Yapabilmek.[3]

Üniversal motorun bir avantajı, DC motorlarda daha yaygın olan bazı özelliklere, özellikle yüksek başlangıç ​​torkuna ve yüksek çalışma hızları kullanıldığında çok kompakt tasarıma sahip motorlarda AC kaynaklarının kullanılabilmesidir.[3]

Dezavantajları

Olumsuz bir yönü, neden olduğu bakım ve kısa ömür problemleridir. komütatör, Hem de elektromanyetik girişim Herhangi bir kıvılcım nedeniyle (EMI) sorunları. Nispeten yüksek bakım komütatör fırçaları nedeniyle, evrensel motorlar, yalnızca aralıklı olarak kullanılan ve genellikle yüksek başlangıç ​​torku taleplerine sahip olan yiyecek karıştırıcıları ve elektrikli aletler gibi cihazlar için en uygun olanıdır.

Bir başka olumsuz yön ise, bu motorların yalnızca her zaman çoğunlukla temiz havanın bulunduğu yerlerde kullanılabilmesidir. Aşırı ısınma riskinin önemli ölçüde artması nedeniyle, tamamen kapalı fan soğutmalı Bazıları yapılmış olsa da evrensel motorlar pratik olmayacaktır. Böyle bir motor, yeterli havayı dolaştırmak için büyük bir fana ihtiyaç duyar, bu da motorun kendisini soğutmak için daha fazla enerji kullanması gerektiğinden verimliliği azaltır. Pratik olmama, açık motorların hiçbirine sahip olmadığı boyut, ağırlık ve termal yönetim sorunlarından kaynaklanmaktadır.

Hız kontrolü

AC'de çalışan evrensel bir motorun sürekli hız kontrolü, bir tristör devre, alan bobini üzerindeki çoklu vuruşlar (kesin olmayan) kademeli hız kontrolü sağlar. Ev halkı karıştırıcılar Birçok hızın reklamını yapan, genellikle bir alan bobinini birkaç vuruş ve bir diyot motora seri olarak takılabilir (motorun yarım dalga doğrultulmuş AC'de çalışmasına neden olur).

Varyasyonlar

Şönt sargı

Üniversal motorlar seri sargılıdır. Şönt sargı 19. yüzyılın sonlarında deneysel olarak kullanıldı,[8] ancak komütasyonla ilgili sorunlar nedeniyle pratik değildi. Bunu azaltmak için çeşitli gömülü direnç, endüktans ve antifaz çapraz bağlama şemaları denendi. Şönt sargısı dahil evrensel motorlar, kendi kendine çalıştıkları için şu anda AC motorlar olarak tercih edildi.[4] Kendi kendine başlarken asenkron motorlar ve otomatik yolvericiler kullanıma sunuldu, bunlar daha büyük evrensel motorların (1 hp'nin üzerinde) ve şönt sargısının yerini aldı.

İtme başlangıcı

Ana makale: İtme motoru

Geçmişte, itme-başlangıçlı yara rotorlu motorlar, yüksek başlangıç ​​torku sağladı, ancak ek karmaşıklık içeriyordu. Rotorları evrensel motorlarınkine benziyordu, ancak fırçaları yalnızca birbirine bağlıydı. Transformatör hareketi, rotora akımı indükledi. Alan kutuplarına göre fırça konumu, başlangıç ​​torkunun alan kutuplarından rotor itmesi ile geliştirildiği anlamına geliyordu. Çalışma hızına yakın olduğunda bir santrifüj mekanizması, bir sincap kafesli rotorun eşdeğerini oluşturmak için tüm komütatör çubuklarını birbirine bağladı. Ayrıca, çalışma hızının yaklaşık yüzde 80'ine yaklaştığında, bu motorlar endüksiyon motorları olarak çalışabilir.[9]

Başvurular

Ev Aletleri

Normal çalışma güç hattı frekansları evrensel motorlar genellikle daha az bir aralıkta bulunur 1000 watt. Yüksek hızları onları aşağıdaki gibi cihazlar için kullanışlı kılar: karıştırıcılar, elektrikli süpürgeler, ve saç kurutucular yüksek hız ve hafifliğin arzu edildiği yerlerde. Ayrıca, taşınabilir elektrikli aletlerde de yaygın olarak kullanılırlar. matkaplar, Sanders, dairesel ve testere testereleri motor özelliklerinin iyi çalıştığı yer. Kaynakçılar tarafından kullanılan elektrikli aletler için ek bir fayda, klasik motor tahrikli kaynak makinelerinin saf bir DC jeneratörü olabileceği ve yardımcı güç prizlerinin, tipik bir NEMA 5-15 ev konfigürasyonu olmasına rağmen yine de DC olacağıdır. DC gücü, tipik şantiye akkor aydınlatması ve matkaplar ve taşlayıcılardaki evrensel motorlar için uygundur. Birçok elektrikli süpürge ve ot düzeltici motorlar aşıyor 10,000 RPMbirçok iken Dremel ve benzeri minyatür öğütücüler aşıyor 30.000 RPM.

Evrensel motorlar ayrıca elektronik hız kontrolü ve bu nedenle ideal bir seçimdi ev tipi çamaşır makineleri. Motor, armatüre göre alan sargısını değiştirerek tamburu (hem ileri hem de geri) çalkalamak için kullanılabilir. Motor ayrıca sıkma döngüsü için gereken yüksek hızlara kadar çalıştırılabilir. Şu günlerde, değişken frekanslı sürücü bunun yerine motorlar daha yaygın olarak kullanılır.

Ray çekişi

Ana makale: 15 kV AC demiryolu elektrifikasyonu

Evrensel motorlar ayrıca geleneksel demiryolunun temelini oluşturdu çekiş motoru içinde elektrikli demiryolları. Bu uygulamada, orijinal olarak DC'de çalışmak üzere tasarlanmış bir motora güç sağlamak için AC'nin kullanılması nedeniyle verimlilik kayıplarına yol açacaktır. girdap akımı manyetik bileşenlerinin, özellikle DC için katı (lamine edilmemiş) demir kullanan motor alanı kutup parçalarının ısıtılması. Her ne kadar ısıtma etkileri lamine direk parçaları kullanılarak azaltılsa da, transformatör çekirdekleri ve yüksek laminasyonların kullanılmasıyla geçirgenlik elektrikli çelik 20. yüzyılın başında mevcut olan bir çözüm, motorların çok düşük frekanslı AC kaynaklarından çalıştırılmasıydı. 25 ve 162⁄3 Hz operasyon yaygındır.

Başlangıç ​​motoru

Başlangıçlar İçten yanmalı motorların çoğu, küçük olma ve düşük hızda yüksek torka sahip olma avantajı ile genellikle evrensel motorlardır. Bazı marş motorlarında kalıcı mıknatıslar bulunurken, diğerlerinde seri sargılı bobinler yerine 4 kutuptan 1'i şönt bobinle sarılır.

Referanslar

  1. ^ DC motorları, komutasyon nedeniyle zaten lamine rotorlara ihtiyaç duyacaktır.
  1. ^ "Elektrik Motorları - Dietz Electric". www.dietzelectric.com. Arşivlendi 2018-07-11 tarihinde orjinalinden. Alındı 2018-07-10.
  2. ^ a b Herman, Stephen L. Delmar'ın Standart Elektrik Ders Kitabı, 3. Baskı. Clifton Park, NY: Delmar Learning, 2004. s. 998
  3. ^ a b c Herman, Stephen L. Delmer'in Standart Elektrik Ders Kitabı, 3. Baskı. Clifton Park, NY: Delmar Learning, 2004. s. 1001
  4. ^ a b Kennedy, Rankin (1915). Elektrik Tesisatları Kitabı. Cilt II. Caxton. s. 152.
  5. ^ a b c d e Transformers ve Motorlar, George Patrick Shultz
  6. ^ Herman, Stephen L. Delmar'ın Standart Elektrik Ders Kitabı, 3. Baskı. Clifton Park, NY: Delmar Learning, 2004. s. 850
  7. ^ Herman, Stephen L. Delmar'ın Standart Elektrik Ders Kitabı, 3. Baskı. Clifton Park, NY: Delmar Learning, 2004. s. 905
  8. ^ GB 18847, H F Joel, 1892'de yayınlandı 
  9. ^ "İtme-start endüksiyonlu çalıştırma motoru | HVAC Sorun Giderme". www.hvacspecialists.info. Arşivlendi 2018-07-09 tarihinde orjinalinden. Alındı 2018-07-10.