Жалпы қолданылатын электр қозғалтқышының ерекшеліктері

Кіріспе

Электр қозғалтқышының түрі

Универсалды қозғалтқыш – электр қуатымен жұмыс істей алатын, айнымалы (AC) немесе тұрақты (DC) тоқпен қоректенетін және магниттік өрісін жасау үшін статоры ретінде электромагнитті пайдаланатын электр қозғалтқышының бір түрі. Бұл коммутаторлы тізбекті қозғалтқыш, онда статордың өріс орамдары ротор орамдарымен тізбектей жалғанады. Оны көбінесе айнымалы ток тізбекті қозғалтқыш деп атайды. Универсалды қозғалтқыш құрылысы жағынан тұрақты ток тізбекті қозғалтқышына өте ұқсас, бірақ айнымалы токпен дұрыс жұмыс істеуі үшін сәл өзгертілген. Электр қозғалтқышының бұл түрі айнымалы токпен жақсы жұмыс істей алады, өйткені өріс орамдарындағы және якорьдегі ток (және нәтижесінде туындайтын магниттік өрістер) қуат көзімен синхронды түрде ауысып (полярлығын өзгертеді). Осылайша, туындайтын механикалық күш қолданылатын кернеу бағытынан тәуелсіз, бірақ коммутатор мен өріс орамдарының полярлығымен анықталатын тұрақты айналу бағытында болады. Универсалды қозғалтқыштар жоғары бастапқы айналу моментіне ие, жоғары жылдамдықпен жұмыс істей алады, сонымен қатар жеңіл және ықшам. Олар көбінесе портативті электр құралдары мен жабдықтарда, сондай-ақ көптеген тұрмыстық техникаларда қолданылады. Оларды электромеханикалық түрде немесе электрондық түрде басқару оңай. Дегенмен, коммутаторда тозығы бар щеткалар болғандықтан, олар үздіксіз пайдаланылатын жабдықтар үшін жиі қолданылмайды. Сонымен қатар, ішінара коммутатордың әсерінен универсалды қозғалтқыштар әдетте дыбыстық және электромагниттік жағынан өте шулы болады.

Жұмыс

Барлық сериялық бұрандалы моторлар айнымалы токпен жақсы жұмыс істемейді. Егер қарапайым сериялық тұрақты ток қозғалтқышы айнымалы ток көзіне қосылса, ол өте нашар жұмыс істейді. Универсалды мотор айнымалы токпен дұрыс жұмыс істеуі үшін бірнеше өзгерістерге ұшырайды. DC моторлардағы қатты полюс бөлшектерінен өзгеше, ламинатталған полюс бөлшектерімен қатар, компенсациялық орау әдетте қосылады. Жылдамдық артқан сайын, ротордың индуктивтілігі идеалды коммутация нүктесінің өзгеретінін білдіреді. Кіші моторлар әдетте бекітілген коммутацияға ие. Кейбір үлкен универсалды моторларда айналмалы коммутация бар, бірақ бұл сирек кездеседі. Керісінше, үлкен универсалды моторларда көбінесе мотормен тізбекте компенсациялық ораулар болады, немесе кейде индуктивті түрде байланыстырылады және негізгі магниттік өріс осіне 90 электр градусы бұрышпен орналастырылады. Бұл арматураның реактивтілігін азайтады және коммутацияны жақсартады. Салыстыра келгенде, айнымалы ток синхронды және клеткалы индукциялық моторлар электр желісінің жиілігінен артық жылдамдықпен айнала алмайды. 60 Гц айнымалы токпен жабдықталған елдерде бұл жылдамдық 3600 айналым/мин-ға дейін шектеледі. Егер агрегат айтарлықтай механикалық жүктемесіз жұмыс істесе, жоспарланған шектен асып кеткен айналу жылдамдығынан қозғалтқыш зақымдануы мүмкін. Үлкен моторларда жүктеменің кенеттен жоғалуына жол болмайды, және мұндай жағдай мүмкіндігі мотордың қорғау және басқару схемаларына енгізіледі. Кейбір кішігірім қолдануларда, валға бекітілген желдеткіш қанаты көбінесе арматура мен магниттік орамдар арқылы салқындату ауа ағынын қамтамасыз етумен қатар, мотор жылдамдығын қауіпсіз деңгейге дейін шектеу үшін жасанды жүктеме ретінде әрекет етеді. Егер универсалды моторда механикалық шектеулер болмаса, ол теориялық тұрғыдан кез келген сериялық бұрандалы тұрақты ток қозғалтқышы сияқты бақылаусыз жылдамдыққа ие болуы мүмкін, бірақ коммутация мәселелеріне байланысты бұл іс жүзінде мүмкін емес еді. Бұл мәселені азайту үшін әртүрлі кіріктірілген кедергілер, индуктивтілік және антифазалық байланыс схемалары қолданылды. Универсалды моторлар, соның ішінде шунттық жарақталуы барлар, сол кезде өздігінен іске қосылатындықтан айнымалы ток моторлары ретінде басымдыққа ие болды.

Not all series wound motors operate well on AC current. If an ordinary series wound DC motor were connected to an AC supply, it would run very poorly. The universal motor is modified in several ways to allow for proper AC supply operation. There is a compensating winding typically added, along with laminated pole pieces, as opposed to the solid pole pieces found in DC motors. As the speed increases, the inductance of the rotor means that the ideal commutating point changes. Small motors typically have fixed commutation. While some larger universal motors have rotatable commutation, this is rare. Instead larger universal motors often have compensation windings in series with the motor, or sometimes inductively coupled, and placed at ninety electrical degrees to the main field axis. These reduce the reactance of the armature, and improve the commutation. By way of contrast, AC synchronous and squirrel cage induction motors cannot turn a shaft faster than allowed by the power line frequency. In countries with 60Hz AC supply, this speed is limited to 3600RPM. Motor damage may occur from over speeding (running at a rotational speed in excess of design limits) if the unit is operated with no significant mechanical load. On larger motors, sudden loss of load is to be avoided, and the possibility of such an occurrence is incorporated into the motor's protection and control schemes. In some smaller applications, a fan blade attached to the shaft often acts as an artificial load to limit the motor speed to a safe level, as well as a means to circulate cooling airflow over the armature and field windings. If there were no mechanical limits placed on a universal motor it could theoretically speed out of control in the same way any series wound DC motor can. but was impractical owing to problems with commutation. Various schemes of embedded resistance, inductance, and antiphase cross coupling were attempted to reduce this. Universal motors, including shunt wound, were favoured as AC motors at this time as they were self starting.

Үй техникасы

Электр желісінің қалыпты жиіліктерінде жұмыс істейтін әмбебап моторлар көбінесе 1000 Вт-тан кем қуатта кездеспейді. Олардың жоғары жылдамдығы оларды миксерлер, шаң сорғыштар және шаш кептіргіштер сияқты, жоғары жылдамдық пен жеңіл салмақ қажет болатын құралдар үшін пайдалы етеді. Бұрғылар, шлифовкалау машиналары, дискілі аралар және лобзиктер сияқты портативті электр құралдарда да олар жиі қолданылады, себебі мотордың сипаттамалары жақсы жұмыс істейді. Дәнекерлеушілер пайдаланатын электр құралдарының қосымша артықшылығы – классикалық двигательмен жұмыс істейтін дәнекерлеу машиналары таза тұрақты ток генераторы болуы мүмкін, ал олардың қосалқы қуаттылық ұялары, тіпті әдеттегі NEMA 5-15 үй конфигурациясына қарамастан, тұрақты токпен жұмыс істейді. Тұрақты ток электр қуаты жұмыс орындарындағы (ескірген) шамдық жарықтандыруға және кейбір бұрғылар мен ұнтақтағыштардағы әмбебап моторларға жарайды. Көптеген шаң сорғыштар мен шөп кескіш моторлары минутына 10 000 айналымнан асады, ал көптеген Dremel және осыған ұқсас миниатюралық ұнтақтағыштар минутына 30 000 айналымнан асып түседі. әмбебап моторлар электрондық жылдамдықты басқаруға да ыңғайлы, сондықтан олар тұрмыстық кір жуғыш машиналар үшін өте қолайлы таңдау болды. Моторды барабанды қозғау үшін (алға және кері) арматураға қатысты өріс орамын ауыстыру арқылы пайдалануға болады. Сондай-ақ, моторды айналу циклына қажетті жоғары жылдамдыққа дейін іске қосуға болады. Бүгінде жиілігі өзгермелі жетек моторлары көбірек қолданылады.

Темір жолдың сүйреуі

Универсалды қозғалтқыштар электр теміржолдарындағы дәстүрлі теміржол тарту моторының негізін құрады. Осы қолданыста, бастапқыда тұрақты токпен (DC) жұмыс істеуге арналған қозғалтқышты айнымалы токпен (AC) қуаттандыру, олардың магниттік компоненттерінің, әсіресе DC үшін қатты (ламинарланбаған) темірден жасалған мотор өрісінің полюс бөліктерінде еді токтарынан қызуға байланысты тиімділік жоғалтуына алып келеді. Ламинарланған полюс бөліктерін пайдалану арқылы, трансформаторлардың өзектерінде қолданылатындай, және жоғары өткізгіштікке ие электр болат ламинаттарын қолдану арқылы қызу әсері азайтылғанымен, 20 ғасырдың басында қолжетімді шешімдердің бірі – қозғалтқыштарды өте төмен жиілікті айнымалы токпен (AC) қуаттандыру болды, мұнда 25 Гц және 16 2/3 Гц жиіліктері кеңінен қолданылды.

Стартерлік қозғалтқыш

Жанғышу қозғалтқыштарының стартерлері әдетте универсалды моторлар болып табылады, олардың артықшылығы кішкентай өлшемді және төмен жылдамдықтарда жоғары моментке ие болуы. Кейбір стартерлерде тұрақты магниттер болады, ал кейбіреулерінде тізбекті орама емес, төрт полюстің біріне параллель орама (шунт-орама) орнатылған.