Um motor comutador é uma máquina elétrica síncrona na qual a chave de corrente no enrolamento e o sensor de posição do rotor são feitos na forma do mesmo dispositivo - um conjunto escova-coletor. Este dispositivo vem em várias formas.
Variedades
Um motor de comutador CC geralmente inclui itens como:
- rotor de três pólos em rolamentos de manga;
- estator de ímã permanente de dois pólos;
- placas de cobre como escovas do conjunto do comutador.
Este conjunto é típico para as soluções de baixa potência geralmente usadas em brinquedos infantis onde não é necessária alta potência. Motores mais potentes incluem vários elementos estruturais:
- quatro escovas de grafite na forma de um conjunto coletor;
- rotor multipolar em rolamentos;
- estator de ímã permanente com quatro polos.
Na maioria das vezes este tipo de dispositivo motorizadousado em carros modernos para acionar o ventilador do sistema de refrigeração e ventilação, bombas de lavagem, limpadores e outros elementos. Existem também agregados mais complexos.
A potência de um motor elétrico de várias centenas de watts envolve o uso de um estator de quatro pólos feito de eletroímãs. Para conectar seus enrolamentos, um dos vários métodos pode ser usado:
- Em série com o rotor. Neste caso, obtém-se um grande torque máximo, porém, devido à alta marcha lenta, o risco de danos ao motor é alto.
- Em paralelo com o rotor. Neste caso, a velocidade permanece estável sob condições de carga variáveis, mas o torque máximo é visivelmente menor.
- Excitação mista, quando parte do enrolamento é ligada em série e parte em paralelo. Nesse caso, as vantagens das opções anteriores são combinadas. Este tipo é usado para partidas de carros.
- Excitação independente, que usa uma fonte de alimentação separada. Neste caso, obtêm-se as características correspondentes à ligação em paralelo. Esta opção raramente é usada.
O motor do comutador tem algumas vantagens: são fáceis de fabricar, reparar, operar e sua vida útil é bastante grande. Como desvantagens, costuma-se destacar o seguinte: os projetos eficazes de tais dispositivos geralmente são de alta velocidade e baixo torque, portanto, a maioria dos acionamentos requer a instalação de caixas de engrenagens. Esta afirmação é bem fundamentadauma vez que uma máquina elétrica orientada a baixa velocidade é caracterizada por uma eficiência subestimada, além de problemas de refrigeração associados a isso. Estes últimos são tais que é difícil encontrar uma solução elegante para eles.
Motor do comutador universal
Esta variante é um tipo de máquina comutador DC capaz de operar tanto em DC quanto em AC. O dispositivo tornou-se difundido em alguns tipos de eletrodomésticos e ferramentas manuais devido ao seu pequeno tamanho, baixo peso, baixo custo e facilidade de controle de velocidade. Muitas vezes encontrado como veículo de tração nas ferrovias dos Estados Unidos e da Europa. Você pode considerar o dispositivo do motor elétrico.
Recursos de design
Para uma melhor compreensão desta questão, você deve considerar com mais detalhes o que formou a base do dispositivo apresentado. O tipo de motor comutador universal é um dispositivo de corrente contínua com enrolamentos de excitação conectados em série, otimizado para operação em corrente alternada de uma rede doméstica de alimentação. O motor gira em uma direção, independentemente da polaridade. Isso se deve ao fato de que a ligação em série dos enrolamentos do estator e do rotor leva a uma mudança simultânea em seus polos magnéticos e, por isso, o torque resultante é direcionado em uma direção.
Do que é feito?
O motor do comutador CA envolve o uso dematerial macio com baixa histerese. Para reduzir as perdas por correntes parasitas, este elemento é feito de placas empilhadas com isolamento. Como um subconjunto de máquinas coletoras CA, é costume destacar as unidades de corrente pulsante, que são obtidas retificando a corrente de um circuito monofásico sem usar suavização de ondulação.
Um motor comutador CA é mais frequentemente caracterizado pela seguinte característica: no modo de baixa velocidade, a resistência indutiva dos enrolamentos do estator não permite que a corrente seja consumida além de certos limites, enquanto o torque máximo do motor é também limitado a 3-5 do nominal. A aproximação das características mecânicas é obtida através do uso de seccionamento dos enrolamentos do estator - saídas separadas são usadas para conectar a corrente alternada.
Uma tarefa bastante difícil envolve a troca de uma poderosa máquina coletora de corrente alternada. No momento em que a seção passa pelo neutro, o campo magnético, que está engatado com o rotor, muda sua direção para o contrário, e isso provoca a geração de EMF reativo na seção. Isso acontece ao funcionar com alimentação CA. Em máquinas coletoras de corrente alternada, também ocorre EMF reativa. O EMF do transformador também é observado aqui, pois o rotor está no campo magnético do estator, que pulsa no tempo. Não é possível uma partida suave do motor coletor, pois neste momento a amplitude da máquina será máxima e, à medida que se aproxima da velocidade de sincronismo, diminuirá proporcionalmente. Quanto maisaceleração, um novo aumento será notado. Para resolver o problema de comutação neste caso, várias etapas sequenciais são propostas:
- A seção de volta simples deve ser preferida no projeto para reduzir o fluxo da embreagem.
- A resistência ativa da seção precisa ser aumentada, para os quais os elementos mais promissores são os resistores nas placas coletoras, onde se observa um bom resfriamento.
- O comutador deve ser ativamente aterrado com escovas de máxima dureza com maior resistência.
- A EMF reativa pode ser compensada usando polos adicionais com enrolamentos em série, e enrolamentos paralelos são aplicáveis para compensação EMF do transformador. Como o valor deste último parâmetro é função da velocidade angular do rotor e da corrente de magnetização, tais enrolamentos requerem o uso de sistemas de controle escravo, que ainda não existem.
- A frequência dos circuitos de alimentação deve ser a mais baixa possível. As opções mais populares são 16 e 25 Hz.
- A inversão do UKD é realizada alterando a polaridade dos enrolamentos do estator ou do rotor.
Prós e contras
As seguintes condições são usadas para comparação: os dispositivos estão conectados a uma rede elétrica doméstica com tensão de 220 volts e frequência de 50 Hz, enquanto a potência do motor é a mesma. A diferença nas características mecânicas dos dispositivos pode ser uma desvantagem ou uma vantagem nadependendo dos requisitos da unidade.
Então, um motor comutador CA: vantagens em relação a uma unidade CC:
- A conexão com a rede é feita diretamente, não havendo necessidade de utilização de componentes adicionais. No caso de uma unidade DC, a retificação é necessária.
- A corrente inicial é muito menor, o que é muito importante para dispositivos usados no dia a dia.
- Se houver um circuito de controle, seu dispositivo é muito mais simples - um reostato e um tiristor. Se o componente eletrônico falhar, o motor do coletor, cujo preço depende da potência e varia de 1.400 rublos ou mais, permanecerá operacional, mas ligará imediatamente na potência máxima.
Há também algumas desvantagens:
- Devido a perdas devido à inversão e indutância do estator, a eficiência geral é visivelmente reduzida.
- O torque máximo também foi reduzido.
Motores elétricos coletores monofásicos apresentam algumas vantagens em relação aos assíncronos:
- compacidade;
- f alta de vinculação à frequência e velocidade da rede;
- torque de partida significativo;
- diminuição proporcional e aumento da velocidade no modo automático, bem como aumento do torque com o aumento da carga, enquanto a tensão de alimentação permanece in alterada;
- o controle de velocidade pode ser suave em uma faixa bastante ampla alterando a tensão de alimentação.
Desvantagens em relação ao motor de indução
- quando a carga muda, a velocidade fica instável;
- o conjunto escova-coletor torna o dispositivo pouco confiável (a necessidade de usar as escovas mais rígidas reduz significativamente o recurso);
- A comutação CA causa uma forte faísca no coletor e a interferência de rádio é formada;
- alto nível de ruído durante a operação;
- o coletor é caracterizado por um grande número de peças, o que torna o motor bastante massivo.
Motor comutador moderno é caracterizado por um recurso comparável às capacidades de engrenagens mecânicas e corpos de trabalho.
Outras comparações
Ao comparar motores coletores e assíncronos de mesma potência, independentemente da frequência nominal destes, obtém-se uma característica diferente. Isso será descrito com mais detalhes a seguir. O motor elétrico do coletor universal implementa uma característica "suave". Neste caso, o momento é diretamente proporcional à carga no eixo, enquanto as revoluções são inversamente proporcionais a ela. O torque nominal é geralmente menor que o máximo em 3-5 vezes. A limitação da marcha lenta é caracterizada exclusivamente por perdas no motor, ao ligar uma unidade potente sem carga, ela pode entrar em colapso.
A característica de um motor assíncrono é "ventilador", ou seja, a unidade mantém uma velocidade próxima à nominal, aumentando o torque o mais bruscamente possível com uma leve diminuição da velocidade. Se estamos falando de uma mudança significativa neste indicador, o torque do motor não só não aumenta, mas também diminuipara zero, o que leva a uma parada completa. A marcha lenta é ligeiramente superior à nominal, mantendo-se constante. Uma característica de um motor de indução monofásico é um conjunto adicional de problemas associados à partida, uma vez que não desenvolve torque de partida em condições normais. O campo magnético de um estator monofásico, pulsando no tempo, divide-se em dois campos com fases opostas, o que impossibilita a partida sem todos os tipos de truques:
- capacitância que cria uma fase artificial;
- ranhura dividida;
- resistência ativa formando uma fase artificial.
Teoricamente, um campo rotativo antifásico reduz a eficiência máxima de uma unidade assíncrona monofásica para 50-60% devido a perdas em um sistema magnético supersaturado e enrolamentos carregados com correntes de contra-campo. Acontece que existem duas máquinas elétricas no mesmo eixo, enquanto uma opera no modo motor e a segunda no modo oposição. Acontece que os motores elétricos coletores monofásicos não conhecem concorrentes nas respectivas redes. Isso é o que merecia uma popularidade tão alta.
As características mecânicas do motor elétrico conferem-lhe um certo âmbito de utilização. Baixas velocidades, limitadas pela frequência da rede CA, tornam as unidades assíncronas de potência semelhante grandes em peso e tamanho em comparação com os coletores universais. No entanto, quando incluído no circuito de potência do inversor com alta frequência, dimensões e peso comparáveis podem ser alcançados. A rigidez da característica mecânica permanecemotor, ao qual se somam as perdas de conversão de corrente, bem como o aumento da frequência, aumento das perdas magnéticas e indutivas.
Análogos sem montagem em manifold
Um motor comutador CA tem um análogo que mais se aproxima em termos de características mecânicas - um de válvula, onde o conjunto escova-coletor foi substituído por um inversor equipado com sensor de posição do rotor. O seguinte sistema é usado como um análogo eletrônico desta unidade: um retificador, um motor síncrono com um sensor de posição angular do rotor, combinado com um inversor. No entanto, a presença de ímãs permanentes no rotor reduz o torque máximo, mantendo as dimensões.
Princípio de funcionamento
O dispositivo de motor elétrico coletor demonstra como o dispositivo converte energia elétrica em energia mecânica e vice-versa. Isso indica sua capacidade de ser usado como gerador. Vale a pena considerar com mais detalhes o motor elétrico coletor, cujo diagrama demonstrará suas capacidades.
As leis da física afirmam claramente que quando uma corrente elétrica passa por um condutor em um campo magnético, uma certa força é exercida sobre ele. Nesse caso, a regra da mão direita funciona, o que afeta diretamente a potência do motor elétrico. O motor do comutador funciona exatamente neste princípio básico.
A Física nos ensina que a basecriar as coisas certas são pequenas regras. Isso serviu de base para a criação de um quadro girando em um campo magnético, o que possibilitou a criação de um motor elétrico coletor. O diagrama mostra que um par de condutores é colocado em um campo magnético, cuja corrente é direcionada em direções opostas e, portanto, as forças também. Sua soma fornece o torque necessário. O dispositivo de um motor elétrico é muito mais complicado, pois todo um complexo de elementos necessários foi adicionado a ele, em particular, um coletor que fornece a mesma direção da corrente sobre os pólos. O deslocamento irregular foi eliminado colocando mais bobinas na armadura, enquanto os ímãs permanentes foram substituídos por bobinas, o que eliminou a necessidade de corrente contínua. Isso tornou possível dar ao torque uma única direção.
Reparo de motor elétrico faça você mesmo
Como qualquer outro dispositivo, esta unidade pode falhar por qualquer motivo. Se o motor elétrico, cuja foto você pode ver em nossa análise, não pode ganhar o número de rotações necessário, ou o eixo não gira quando é iniciado, você precisa verificar se os fusíveis estão queimados, se há quebras no o circuito elétrico da armadura, se o próprio dispositivo estiver sobrecarregado. Muitas vezes, a sobrecarga resulta em consumo de corrente anormal. Para eliminar esse mau funcionamento, é necessário inspecionar cuidadosamente a transmissão mecânica e o freio e, em seguida, eliminar as causas das sobrecargas.
O projeto do motor elétrico é tal que, ao dar partida, consomeuma certa quantidade de corrente. Se for maior que o valor nominal, é necessário verificar a consistência da conexão dos enrolamentos paralelo e série em relação um ao outro, bem como em relação ao reostato. Quando os reparos do motor elétrico do tipo "faça você mesmo" são realizados, erros bastante específicos são cometidos com mais frequência. Em particular, o enrolamento shunt pode ser conectado em série com a resistência elétrica do reostato ou conectado a um polo da rede elétrica.
A verificação da consistência da conexão do enrolamento de excitação de trabalho é realizada conectando uma das extremidades do enrolamento de derivação com a extremidade da âncora e a segunda - com um condutor elétrico vindo do arco do reostato. Normalmente, a seção transversal deste condutor elétrico é um pouco menor que os outros, portanto, pode ser detectada sem um megômetro. Depois de ligar o interruptor de alimentação e mudar o controle deslizante do reostato para a posição intermediária, a energia é fornecida às extremidades livres. Por meio de uma lâmpada de controle, é realizada uma verificação sequencial de todas as extremidades condutoras. Ao tocar em um deles, a lâmpada deve acender, mas não com o outro. É assim que todo o motor é testado. O preço dos trabalhos realizados dependerá do tipo de avaria da unidade.
Se durante a operação do dispositivo houver um número de rotações menor que o nominal, as principais razões para isso geralmente são as seguintes: baixa tensão da rede, sobrecarga do dispositivo, grande corrente de excitação. Se for observada uma inoperabilidade de natureza oposta, é necessário verificar o circuito de excitação, eliminar todos os defeitos identificados, após o quevocê pode definir o valor normal da corrente de excitação. Em alguns casos pode ser necessário rebobinar os motores.
Quando o motivo da inoperabilidade da unidade for o emparelhamento errôneo dos enrolamentos de campo paralelo e série, é necessário restabelecer a ordem correta de conexão. Caso não seja possível eliminar tal problema de forma simples, pode ser necessário rebobinar os motores elétricos. Também é necessário verificar a magnitude da tensão na rede elétrica, pois com o aumento do seu valor nominal, as rotações do dispositivo podem aumentar.
