Střídavé komutátorové motory (běžně známé jako jednofázové univerzální motory) jsou široce používány ve vysokorychlostních domácích spotřebičích, jako jsou vysavače a fény. Jejich statorové a rotorové vinutí jsou zapojena do série. I když jsou napájeny střídavým proudem (AC), který neustále mění směr, magnetické póly statoru a rotoru mění svou polaritu současně, čímž se udržuje stálý směr točivého momentu.
Na rozdíl od permanentních magnetů u stejnosměrných komutátorových motorů se stator střídavého komutátorového motoru skládá ze sady elektromagnetických cívek. Při přivedení střídavého proudu se polarita (póly N/S) elektromagnetu statoru střídá se směrem střídavého proudu.
„Sériové vinutí (sériově buzený)“ motoru znamená, že proud ze zdroje střídavého napájení nejprve protéká statorovými elektromagnetickými cívkami, poté přes uhlíkové kartáče a segmenty komutátoru do rotorových cívek a nakonec se vrací do zdroje. To znamená, že proudy protékající statorem a rotorem se mění v dokonalé synchronizaci.
Když se střídavý proud změní z kladného na záporný, magnetické pole statoru se obrátí (např. levá strana se změní z N na S). V témže okamžiku se obrátí i proud protékající cívkami rotoru, což způsobí, že magnetické póly rotoru změní polaritu synchronně! Podle zákonů magnetické přitažlivosti platí, že protože se oba magnetické póly obrátí současně, směry odpuzování a přitahování se nezmění a motor se nadále otáčí ve svém původním směru!
V této interaktivní ukázce můžete vidět fyzikální stav univerzálního motoru poháněného jednofázovým střídavým proudem (AC 220 V). Během kladné i záporné půlvlny sinusového střídavého proudu se směr magnetického pole elektromagnetu statoru a polarita vinutí rotoru překlápějí společně. Tím je zajištěno, že výsledný točivý moment směřuje stále ve směru hodinových ručiček, což v kombinaci se segmentovým spínáním komutátoru umožňuje motoru běžet hladce a při vysokých otáčkách pod střídavým proudem.
Načítání...
| Krok | Stav půlcyklu AC | Polarita statoru (Levá/Pravá) | Segment kontaktu kartáče (+) | Segment kontaktu kartáče (-) | Stav elektromagnetického točivého momentu |
|---|
Stator stejnosměrného motoru je permanentní magnet, jehož směr magnetického pole je pevný. Při připojení ke střídavému proudu se při obrácení proudu směr magnetického pole statoru nezmění, ale proud protékající cívkou rotoru se obrátí, což způsobí také obrácení elektromagnetického točivého momentu. Výsledkem je, že motor bude v 50Hz střídavém magnetickém poli pouze oscilovat nebo prudce vibrovat tam a zpět, aniž by se otáčel v jednom směru. Naproti tomu, protože stator a rotor univerzálního motoru jsou zapojeny do série, jejich polarity se obracejí synchronně („dvě záporné hodnoty dají kladnou“), což motoru umožňuje hladce se otáčet v jednom směru.
Univerzální motor (také známý jako sériový motor) se tak nazývá proto, že může pracovat na jednofázový střídavý (AC) i stejnosměrný (DC) proud. Protože jeho provozní točivý moment závisí pouze na součinu směrů proudu statoru a rotoru, přivedení stejnosměrného nebo střídavého proudu generuje hnací moment ve stejném směru. Nabízí extrémně vysoké otáčky, snadnou regulaci otáček změnou napětí a je velmi nákladově efektivní.
Jsou široce používány v domácích spotřebičích a elektrickém nářadí, které vyžadují extrémně vysoké otáčky a silný točivý moment po relativně krátkou dobu. Příklady zahrnují:
• Vysavače: Vysoké otáčky jsou nutné k vytvoření podtlakového sání (obvykle 20 000 až 40 000 ot/min).
• Fény na vlasy: Vysokorychlostní oběžná kola jsou zapotřebí k zajištění velkého průtoku vzduchu.
• Ruční vrtačky a úhlové brusky: Poskytují přenosný výkon s vysokým točivým momentem pro řezání kovu a dřeva.
• Mixéry a kuchyňské roboty: Vysoké otáčky jsou potřebné k drcení potravinových vláken.
Existují dva hlavní zdroje hluku:
• Vysokofrekvenční tření kartáčů: Uhlíkové kartáče a segmenty komutátoru při rotaci v desítkách tisíc otáček za minutu vytvářejí intenzivní zvuky fyzického tření a drobné elektrické jiskření.
• Vysokorychlostní hvízdání vzduchu: Provozní otáčky v desítkách tisíc ot/min jsou mnohem vyšší než u standardních indukčních motorů (obvykle max. 3 000 ot/min). Lopatky ventilátoru nebo jádro rotoru prořezávající vzduch při těchto otáčkách vytvářejí hlasité tření vzduchu a hvízdání. To je také důvod, proč špičkové fény a vysavače přecházejí na „vysokorychlostní bezkartáčové stejnosměrné motory (BLDC)“ pro tišší provoz.